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电源技术发展存在三大挑战 ADI如何应对?

2018年4月16日 07:09  CCTIME飞象网  

飞象网讯(六月/文)4月15日消息,近日,在《第七届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2018产业和技术展望研讨会》上, ADI电源产品中国区市场总监梁再信与我们分享了电源技术目前的发展态势以及Power by Linear在这方面所做的努力和进展。他表示,电源很重要,在系统设计里面非常非常重要,电源如果不好就会导致系统不稳定。Power by Linear整合了Linear的产品和ADI电源的产品,是一个全新的子品牌,在电源方面具备极强的优势,未来会继续重点考虑Form Factor、Efficiency、EMI三方面。

据梁再信介绍,Power by Linear整合了Linear的产品和ADI电源的产品,保留了之前Linear绝大多数的特点,从全球生意的比例来讲,Linear的电源产品大概占到85%,传统的ADI电源产品在一些定制化方面做的比较深,大概占15%左右。

谈及两个公司整合之后新的ADI到底有什么样的价值和优势?梁再信表示,ADI+Linear就是高性能的模拟半导体工业的领导者。公司整合之后可以补足ADI产品线上的短板,增强其在市场上的竞争力,这次合并带来最大的增强产品线就是电源。

“另外,我们80%以上的市场来自于工业、通信和汽车,这三大块是我们非常专注的”,梁再信讲到:“这三大块需要支持的产品周期比较长,可能是5—10年,甚至20年的应用,并且对可靠性、性能稳定性要求比较高。公司整合之后在这方面的投入会更加强效有力。”

据介绍,目前两个公司整合之后大概有15000名员工,产品线加起来超过43000种器件,接近9000多种器件来自于电源,全球有44个设计中心,14个是LTC的,30个是ADI的,总共全球营业额一年是50亿美金左右。

未来,在梁再信看来, Form Factor、Efficiency、EMI三方面是电源发展面临的挑战。具体而言,首先,如何考虑高性能的电源帮助客户产品减少PCB的尺寸,增加更多功能,换言之就是通过提供比较小的方案的同时保证较好的性能。其次,如何节能,提高效率。最后,如何在EMI和ESD这方面提升设计和噪音处理,提高产品的可靠性和创新性。

Power by Linear是如何应对这些挑战的呢? Power by Linear在模块方面做了三个方面的尝试和方向,一个是超小体积,一个是超薄,一个是超大电流。用这个模块很容易拼出300A、500A的超大复杂计算体系的Core电源。

在尺寸方面,通过设计的电源模块来做小型化。比如在四年前有一个LTM4627,出15A的电源,需要15×15×4.92mm封装,到今天同样的电流,Power by Linear做了LTM4638,尺寸变成了6.25×6.25×5.02mm,体积比以前缩小了非常多,但功率密度比以前高了。

对此,梁再信讲到:“我们电源模块已经做的很小型化,15A已经具备几十瓦的功率,但是能不能做的更小,这是我们在工程工艺和系统设计上做的挑战。”

此外,据他透漏,现在6.25不是最小的,Power by Linear在研发4×4、3×4的电源模块,可能下半年或者明年会发布。

在电源模块做薄这方面,梁再信坦言,现在已经发布的产品有1.82mm的,两个目的,第一个目的是可以与你的主芯片共用同样的散热器,高度一样。因为电源还是会发热,这样你的系统设计比较容易。第二,正面面积不够了,可以贴背面。在很多系统设计里面背板的高度是有限制的,可能就是允许放08、05、03电容的厚度,传统的电源模块显然是不能满足要求的,现在做薄就是为了能够贴着背板或者跟主芯片分享散热器,这是Power by Linear的一个方向,所有的电源模块都会有一个薄款的产品出现。

在大电流方面,梁再信坦言,这是挑战工程极限的非常重要的探索。FPGA需要一个0.8V的Core电压,100A,因为电流实在太大了,在过去比较难设计,而且0.8V的core电压如果波动范围超过3%、5%,可能FPGA会死机。怎么样做到这个电源?梁再信讲到:“2010年的时候,我们推出了4601,需要用12片才能做到100A,2012年我们推出了4620,每一片是25A,需要用4片,大概可以做到100A的输送电流。到了2014年我们推出了4630,35A的输出电流,用3片也可以达到100A的电流输出,到了2016年我们发布了4650,一片50A,两片就可以做到100A。大家可以看到这个体积是越来越小,然而我们还是做了提高,今年7月份我们会发布一个全新的产品,LTM4700,带数字接口的控制逻辑,一片100A,这个模块看起来很小。”

在EMI方面,梁再信表示:“越来越重视EMI,为了减少系统的噪声和干扰,我们推出一系列的silent Switcher,比较安静的开关电源。”据介绍,目前的Silent Switcher2,93%的效率,满足CISPR25 Class 5 EMI的指标,包括 LT8609、8640、8645不同的Silent Switcher结构。它的好处是效率和EMI可以做到非常低。

他坦言:“尽管竞争对手现在也开始在跟进这个技术,但是我们始终保持领先状况。并且,我们内部已经在研发第三代Silent Switcher3技术,但是我们的竞争对手很多还在做Silent Switcher1。”

据悉,Silent Switcher包含了非常多的技术专利,但是最简单的最通俗易懂的概念就是在电路的设计上,让这个电流环在芯片上是两个反方向的环路,电生磁、磁生电,如果能够环路是反向的,产生的磁场就是反向的,它就会相互抵消。

在提升效率,节能降耗方面,从一个电路来讲,有两方面的损耗不得不面对,一个是MOS管开关损耗,一个是电感作为储能器件有电池转换的效率,这两部分的损耗让你没办法逾越传统电源上的弊端,效率很难做到93%、94%以上。从8610来讲,效率已经很高了,从1毫安到3A的宽度范围里,效率始终在92%以上,最高到94%点几。

此外,因为你的电感不是理想电感,你的MOS管不是理想开关,一定有损耗,摆在ADI电源部门面前一个非常大的难题就出现了,怎么解决呢?能不能把电路里的电感去掉?梁再信表示,团队做了不同的尝试,最近发布的一个器件7820,没有电感的开关电源,板子很小,28×28,厚度6毫米。我们在考虑不同的电源,不同的拓扑结构,后续还会做7820、7821等。对于7820,通过创新的设计和工艺方法,电源转化率可以维持在99%左右的转换效率。

但是存在一个问题, 7820现在要求的电压转换是呈比例的,48伏转24伏,可以实现这个效率,或者48V转12V,就是1/N才可以,那怎么办?梁再信表示:“不用担心,创新永远在引领时代的进步潮流,我们在开发7821,是整合了这个模式和加上了普通的传感器这种传统的统变的电感变压器的模式,能够把效率还可以维持在97%左右,但是电压可以随便调,所以这个器件是非常适合在通讯系统里面48V电源往下转12V的主电压99%的效率,不用散热片,也不用加任何风冷。”

可靠性方面,ADI有不同的产品做无线传感网络,Dust Networks,它通过切频或者换频、换通道来实现99.999%的可靠性。同时通过一个新的技术时间同步,去实现超低功耗。对于物联网来说,节点特别多,换电池非常满发,针对这样的应用ADI发布了一个新的产品,叫Energy Harvesting (能量采集),比如我们在洱海有一个完整的监控系统,用Dust Networks无线传感网络可靠性很高,功耗很低,再加上能量采集技术你基本上可以做到整个模块永远不需要维护,因为它从空间的能量就可以产生电量。

编 辑:李乐羽
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