相较于数字逻辑产品,电源作为模拟产品中的重要类别,可以说是基础科技和产业,随着行业应用日趋广泛多元,电源产品也不断向高频、高效、高密度化、低压、大电流化和多元化方向发展。同时,电源产品的封装结构、外形尺寸也日趋标准化,以适应全球一体化市场的要求。
对于电源产品设计者而言,哪些技术是目前影响系统电源设计的关键要素?在功率密度,转换效率和减少体积这几个方向上,关键的推动技术有哪些?2019年又将有哪些行业对电源方面的技术提出新的要求?这些问题始终是关注的方向。
电源设计的关键要素
为了应对这些挑战,ADI打破传统,从工程物理的基本概念出发,对传统的电源产品做了进一步创新,推出了Silent Switcher系列电源产品。该系列产品的特点,是创新地设计和构建了两个反向的电流环,从而闭合磁场回路,达到显著降低EMI的效果。
Silent Switch系列开关电源,均满足CISPR25, CLASS 5 EMI标准。
同时,也使客户居于普通2层电路板设计的开关电源满足EMI标准变成一种可能。
Silent Switch系列开关电源,还有两个显著的特点:低致2.5uA超低静态工作电流,高达95%转换效率。
对于需要超小体积的电源设计应用,ADI也提供了全系列的高集成度的电源模块产品,并针对超薄,超小,超大功率开发了系列的产品。
比如高度集成的小体积LTM4668:在工业领域应用广泛,BGA 封装仅有6.25mmX6.25mm×2.1mm。支持多通道任意并联的工作模式,非常灵活的应用和组合,同时帮助简化客户元件库数量,降低采购风险,提高生产的可靠性。
不同行业的要求
汽车,工业和通讯一直是ADI重点关注的产业。梁再信表示,几乎所有的行业,都有一些共同的电源产品发展诉求,但是,部分细分领域要求稍有不同。
汽车产业,更加重视EMI问题和功能安全性问题,对于器件的品质和可靠性都非常关注,这其实也是ADI长期以来非常重视的。特别是ADI电源相关产品,对大部分参数均承诺全温度范围内参数一致性,为客户提升产品可靠性和稳定性奠定了坚实基础,行业内少有半导体企业做出这样的承诺。
通讯产业,因为体积、效率和能耗的限制,对微小体积,大功率密度和高效率提出了更高的要求。
特别是AI人工智能和DataCenter的快速发展,对低电压,大电流的电源产品,提出了更高的要求。ADI的微型电源模块产品,极具优势,目前已经能在15mm*22mm*7.8mm的模块体积内提供高达100A的输出能力。极高的功率密度,推动了高电流密度的应用快速发展。
工业产业,越来越重视EMI问题,系统噪声问题,采样精度问题,除了Silent Switch系列产品能够极大改善产品EMI特性,全温度范围内的参数保证为工业品的长期稳定性得到保证,ADI还在低噪声领域创造了令人难以置信的超越和突破。推出了业界噪声最低的LDO,甚至低于标准干电池的电源噪声。
关键的推动技术
梁再信指出,功率密度的推进,很大问题在于效率和散热,只有如何获取更高效率的器件,辅以工艺工程的突破,方能提升功率密度。例如ADI最新发布的LTM4700电源模块,为解决散热问题,不仅仅使用了最新的MOSFET和控制器,还创新开发了电感回路,散热衬底和外壳封装三合一的封装技术,从而实现了15mm*22mm*7.8mm的模块体积内提供高达100A的输出能力。
对于转换效率,由于MOSFET开关驱动损耗和电感转换损耗的存在,传统的电源转换效率很难提升,即使是ADI最新的Silent Switch技术,也只能把效率提升致95%左右,ADI的电源设计团队,使用低损耗的电容转换技术,把1/2折压转换的效率,提升至前所未有的99%的高度。
同时,ADI也推出了混合型的可以随意调整电压的高效大功率开关电源,效率也超过了普通的开关电源。
在减少体积的方向上,除了传统的微小尺寸DC/DC芯片,真正能够帮助系统缩减尺寸的,是集成MOSFET和电感的微型电源模块,借助于先进的工艺工程能力,ADI的LTM8074已经能够在4mm*4mm*1.92mm的体积里,完成了一个集成芯片、电感、MOSFET和电容的微型电源模块,同时满足Silent Switch特性,拥有非常好的EMI特性。据悉,ADI将在2019年推出一系列的小型化模块产品。
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