工业 4.0的电源挑战

工业 4.0 技术革命不仅通过在生产过程中使用数据来定义，而且还用于电源管理系统的设计，包括集成 DC/DC 转换器，遵循精确的规范。动力组件必须满足高性能要求。发动机控制是工业 4.0 发展中另一项具有战略意义的技术。在电机控制领域寻找高效的解决方案是每个人的首要任务，包括系统开发商和组件制造商。数据中心正在帮助处理数字转换过程中涉及的大量数据，靠近数据的来源。作为这种 IT 转型的一部分，一些公司已经开始实施新的数据中心技术和分发方法。

工业用 DC/DC 电源

随着工业 4.0 的发展，能源管理有了新的含义，因为物联网、数据分析和云计算的融合导致复杂、分散和互联的工业系统和生态系统。为了实现最佳能效，工程师越来越需要正确、准确地表征智能工厂中电力系统所有组件的行为，尤其是 DC/DC 转换器。

DC/DC 转换器市场正在扩大。在包括通信、计算机和各种工业部门在内的传统应用的稳步增长以及几种新型创新电源架构的出现的推动下，DC/DC 转换器市场也将受益于碳化硅等新设备的可用性。 SiC） MOSFET 驱动器。凭借其出色的热特性，SiC 器件是各种应用中的首选解决方案。

例如， RECOM Power GmbH的RKZ-xx2005D 系列（通过 UL60950和 IEC/EN60950 认证）包括适用于 SiC MOSFET 驱动器的 DC/DC 转换器，具有高达 87% 的更高效率（图 1）和一个最大容性负载为 47/680 µF。

隔离电压为 3 kVDC 或 4 kVDC，最高可达 5.2 kVDC（测试一分钟），温度范围为 –40°C 至 90°C，可满足汽车和工业应用中最恶劣的条件。

图 1：RKZ-xx2005D 系列的典型应用电路

Tamura Corp. 的栅极驱动器模块 是内置 DC/DC 转换器和专用驱动电路的集成器件，适用于 SiC MOSFET 和 IGBT 栅极驱动器。模块是一体式的，它们的操作只需要几个外部组件。低共模噪声、高速响应和小尺寸是这些解决方案的主要特点，使其可用于工业、机器人和电源转换应用。

在汽车、运输和工业领域等需要低电磁干扰 （EMI） 电源解决方案的应用中，噪声敏感性是另一个需要关注的领域。虽然 EMI 滤波或金属屏蔽会增加设计成本，但 ADI 公司 （ADI） 的低噪声 µModule 技术提供了一种可能的替代方案，以在高开关频率下以高效率将 EMI 辐射降至最低。

图 2：LTM8003H 的框图。

ADI 的LTM8003H 旨在满足汽车、工业和军事应用所需的内部工作温度范围介于 –40°C 和 150°C 之间的规范，这些应用中的电源电路必须连续安全地运行（图 2）。

高效数据中心

即使对更多功率的需求不断增长，对电源的重量和尺寸的要求也越来越严格。这是越来越多的公司将其配电和电力系统从传统的 12 V 转换为 48 V 的主要原因。数据中心、云服务器、机器学习和深度学习应用程序对电力的需求不断增加，因为广泛CPU、GPU 和其他计算设备的使用。从 12V 切换到 48V 电源总线需要仔细选择组件和适当的设计技术。

英飞凌科技股份公司为 48V 配电推出了一种创新、高效的两级架构，特别适用于数据中心。基于其零电压开关 （ZSC） 开关电容器转换器，新架构可以高效地为 CPU、GPU、SoC、ASIC 和内存模块供电。

将 ZSC 技术与氮化镓 （GaN） 高电子迁移率晶体管 （HEMT）（例如CoolGan 600-V 器件）相结合，可为下一代数据中心带来优化的功率流和高性能。ZSC 转换器可为基于 48V 总线电压的应用提供最高水平的效率和功率密度。

图 3：ZSC 两阶段架构。

ZSC 转换器与最佳多相降压稳压器的结合使用可提供等于或大于 94% 的效率和高于 48 V 供电系统的市场平均水平的功率密度。图 3 显示了一个评估板，基于ZSC 转换器，实现两级架构。

审核编辑：郭婷