《電子技術(shù)應(yīng)用》
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盤(pán)點(diǎn)ADI在電源領(lǐng)域的那些獨(dú)門(mén)秘籍

2018-09-07
作者:畢曉東
關(guān)鍵詞: ADI 電源管理

        2017年的3月10日,, ADI正式完成對(duì)Linear的并購(gòu),。從產(chǎn)品線和技術(shù)角度,ADI的最大收獲無(wú)疑是電源管理產(chǎn)品,。兩家公司的電源管理產(chǎn)品完成整合,以“POWER BY LINEAR”品牌運(yùn)營(yíng),。整合了Linear的ADI,,在電源管理領(lǐng)域有哪些創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品,?日前,ADI電源產(chǎn)品中國(guó)區(qū)市場(chǎng)總監(jiān)梁再信先生對(duì)此作了深入介紹,。

        梁先生介紹,,ADI和原Linear公司是兩家具有非常相似基因的公司,都是以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)力的公司,,而且,,兩家公司都致力于高性能產(chǎn)品領(lǐng)域,兩家公司目標(biāo)市場(chǎng)也都主要集中于對(duì)產(chǎn)品性能和可靠性有更高要求的工業(yè),、汽車,、通信等領(lǐng)域。

        梁先生表示,,ADI電源領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展主要著眼于三個(gè)維度:小尺寸,、高效率、低EMI,。針對(duì)工業(yè),、汽車、通信等領(lǐng)域的發(fā)展,,ADI在電源管理方面都有很多創(chuàng)新的技術(shù)和產(chǎn)品,。

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ADI電源產(chǎn)品中國(guó)區(qū)市場(chǎng)總監(jiān)梁再信

(一)工業(yè)領(lǐng)域

        梁先生表示,ADI在電源領(lǐng)域約40%的業(yè)務(wù)都來(lái)自工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用,。當(dāng)前,,工業(yè)4.0引領(lǐng)者工業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展,也催生了工業(yè)領(lǐng)域許多新的需求,,如:更多的實(shí)時(shí)控制,、軟件可配置的I/O、監(jiān)控和設(shè)備健康管理等,。工業(yè)4.0要求工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品具有更高的靈活性,、更高的效率、更強(qiáng)的通信能力,、更高的安全性和更高的可靠度,。而所有這些產(chǎn)品都需要電源,梁先生表示,,ADI在電源領(lǐng)域諸多的創(chuàng)新科技將為加速工業(yè)4.0的到來(lái)提供支持,。

理想二極管

        二極管是電源電路中非常常見(jiàn)的器件,已經(jīng)出現(xiàn)了幾十年,。但是,,對(duì)于高電流的應(yīng)用來(lái)講,用普通的二極管會(huì)有很多的弊端,,主要是兩方面:首先二極管是有壓差的,,一個(gè)二極管在工作的時(shí)候,,壓降大概0.3到0.7伏,當(dāng)流過(guò)較大電流時(shí),,就會(huì)產(chǎn)生較大的功耗,,此時(shí)它的散熱是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)。還有一個(gè)缺點(diǎn),,因?yàn)槎O管是有壓差的,,所以輸出電源要低,在很多系統(tǒng)上這個(gè)效率是非常低的,。

        為此,,ADI推出了一個(gè)系列的器件,通過(guò)一個(gè)控制器去控制一個(gè)MOS管,,去實(shí)現(xiàn)一個(gè)二極管的功能,,這個(gè)二極管可以有單個(gè)、雙個(gè)及橋式的,。這個(gè)二極管最大的好處是什么,?梁先生表示,理想二極管的推出是通過(guò)對(duì)MOS管電路的控制,,能夠達(dá)到非常低的壓差,,因?yàn)镸OS管的導(dǎo)通電阻是非常低的,,這個(gè)能夠大幅度降低功率損失,。這樣優(yōu)化的好處一是可以減少功率的損耗,第二是系統(tǒng)的壓差可以得到極大的縮減,,功率器件不需要散熱了,,同時(shí)提供了系統(tǒng)的可靠性,增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的效率,。

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Silent Switcher

        梁先生表示,,在工業(yè)領(lǐng)域,EMI是繞不開(kāi)的問(wèn)題,,我們無(wú)法想象在一個(gè)大批量機(jī)器人的工廠,,因?yàn)镋MI的問(wèn)題,系統(tǒng)死機(jī)了,,造成的影響是非常巨大的,。系統(tǒng)死機(jī)的原因有很多種,其中電磁兼容的干擾就是一個(gè)重要的原因,。所以在傳統(tǒng)電源上我們做了一系列的創(chuàng)新和探索,,我們推了一個(gè)系列產(chǎn)品叫Silent Switcher,這個(gè)電源的設(shè)計(jì)是從工程物理的角度做了一個(gè)突破和創(chuàng)新,。電源的EMI是最難抑制的,,可能會(huì)產(chǎn)生電磁輻射,,ADI在考慮從工程物理的角度去解決這個(gè)問(wèn)題,在芯片設(shè)計(jì)上做了兩個(gè)反向的電優(yōu)化,,從物理學(xué)的定義來(lái)講,,兩個(gè)反向的回路最大的好處是產(chǎn)生的磁力線是閉合的,對(duì)外界EMI的干擾就會(huì)小很多,,這是基本的物理學(xué)的定理,。通過(guò)一系列工藝的優(yōu)化,我們可以得到一個(gè)非常好的EMI性能,,就是基本上不需要做任何太多的優(yōu)化,,都可以滿足CISPR25 EMI的標(biāo)準(zhǔn)。在中國(guó)市場(chǎng)推廣的時(shí)候,,我們發(fā)現(xiàn)在機(jī)器人,、工業(yè)控制領(lǐng)域,甚至在汽車領(lǐng)域,,大部分客戶對(duì)這個(gè)技術(shù)都非常感興趣,,因?yàn)樵谶^(guò)去基本所有工業(yè)客戶,或者汽車客戶,,光是要解決EMI的認(rèn)證問(wèn)題都要通過(guò)半年的時(shí)間去做整改,,通過(guò)之后才可以上市。Silent Switcher技術(shù)的出現(xiàn),,幫我們客戶節(jié)省了大半年的時(shí)間,。

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隔離電源

        工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),會(huì)有很多高壓和低壓同時(shí)存在的應(yīng)用,,混合系統(tǒng)在同一個(gè)板級(jí),,這時(shí),高壓和低壓的隔離就是一個(gè)非常常見(jiàn)的問(wèn)題,。傳統(tǒng)的應(yīng)用中,,靠變壓器作輸出反饋,電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,,電路的可靠性較難保證,。

        梁先生介紹,ADI推了一個(gè)新的概念:一個(gè)非常好的隔離電壓控制器,,一個(gè)控制器,,一個(gè)變壓器,沒(méi)有反饋和光耦,。輸出也非常簡(jiǎn)單,,一個(gè)二極管一個(gè)濾波電容。該控制器輸出的調(diào)整率,,從0 mA到400 mA,,輸出即使沒(méi)有傳統(tǒng)的反饋,,輸出也可以做到0.5%的精度,效率也達(dá)到90%以上,,這在隔離電源的領(lǐng)域是一個(gè)突破和挑戰(zhàn),。梁先生表示,ADI做了非常多的工作,,就是如何通過(guò)變壓器的波形去計(jì)算和分析輸出負(fù)載的變化,,能夠讓系統(tǒng)輸出維持一定的穩(wěn)定度,它綜合的可靠性和穩(wěn)定性已經(jīng)大幅度提升了,這是ADI在工業(yè)領(lǐng)域的推動(dòng)技術(shù)的一個(gè)創(chuàng)新,。

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Power uModule

        從工業(yè)來(lái)講,,現(xiàn)在工業(yè)設(shè)計(jì)的密度和板卡的復(fù)雜程度越來(lái)越高,而且在工業(yè)設(shè)計(jì)里面,,人機(jī)界面,、控制、回路,、軟件的可靠性,、系統(tǒng)的穩(wěn)定性,花的功夫會(huì)越來(lái)越多,,如何降低客戶在工業(yè)領(lǐng)域和板卡設(shè)計(jì)時(shí)的難度,,加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)的迭代速度,如何幫助客戶縮減電源電路板的尺寸和電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度,?

        一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)對(duì)工程師來(lái)講是非常麻煩的,,梁先生介紹到, 10年前出了電源模塊比較劃時(shí)代的產(chǎn)品,,今天在全世界也是非常普遍的技術(shù),,把過(guò)去非常復(fù)雜的電源系統(tǒng)集成在一個(gè)模塊里,,客戶不需要關(guān)注電源的噪聲,、紋波,只需像LDO那樣簡(jiǎn)單拿過(guò)來(lái)用就可以了,,效率也非常高,。

        在工業(yè)領(lǐng)域,小體積是ADI在推動(dòng)的一個(gè)方向,,如其中一個(gè)案例LTM4622,,該器件尺寸是6.25mmX6.25mm,提供非常好的性能和輸出,。ADI在工業(yè)領(lǐng)域推了一系列不同的組合,,像LTM4668,最大特點(diǎn)是高度集成,,其尺寸是6.25mmX6.25mm,,但是厚度只有2.1mm,。電壓在電流反饋的模式,對(duì)整個(gè)環(huán)路做控制,,把不同的輸出并聯(lián)在一起,,可以得到不同電流的組合,對(duì)工程師來(lái)講,,這是非常靈活的應(yīng)用和組合,。電源模塊在ADI的電源產(chǎn)品里是非常全的系列。

   

(二)汽車領(lǐng)域

        近兩年,,汽車領(lǐng)域應(yīng)用是集成電路領(lǐng)域的重要熱點(diǎn),。ADI與原Linear在汽車領(lǐng)域的技術(shù)與產(chǎn)品有很高的互補(bǔ)性。現(xiàn)在的ADI,,在自動(dòng)駕駛及汽車領(lǐng)域有哪些獨(dú)門(mén)武器呢,?

超低噪聲電源

        梁先生表示:在自動(dòng)駕駛和汽車領(lǐng)域,最重要的一個(gè)關(guān)鍵詞就是安全,。無(wú)人駕駛技術(shù),、無(wú)人工廠、駕駛輔助系統(tǒng)都跟人類安全息息相關(guān),。這里面有很多核心的關(guān)鍵技術(shù),,在激光雷達(dá)、普通雷達(dá),、相關(guān)的測(cè)量測(cè)控單元,,這幾個(gè)方向是未來(lái)自動(dòng)駕駛和無(wú)人機(jī)非常核心和關(guān)鍵的平臺(tái)。

        因?yàn)槔走_(dá)和激光雷達(dá)所要探索的精度和性能,、穩(wěn)定性是非常非常重要的,。所以ADI針對(duì)雷達(dá)領(lǐng)域、射頻,、高頻的應(yīng)用,,推出了全世界噪聲最低的幾款電源,LT3042,、LT3045,,噪聲雷達(dá)只有0.8微伏。梁先生介紹到,,對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的鋰電池,,500毫安的時(shí)候,噪聲大概是2.7微伏,;干電池的噪聲比鋰電池的噪聲要高,,因?yàn)閮?nèi)阻不太一樣。ADI所推出LDO的比現(xiàn)在看到的電池的噪聲還要小。正是這樣技術(shù)的推動(dòng)和發(fā)展,,令我們?cè)谧詣?dòng)駕駛這樣的領(lǐng)域能夠提供更好的性能和可靠性,,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)然,,在無(wú)人駕駛和智能工廠中,,全新的Silent Switcher技術(shù)也是可以用得到的,它對(duì)EMI也是非常敏感的,。

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PoDL

        梁先生介紹,,”ADI在汽車級(jí)的應(yīng)用里面做了一些新的考慮和嘗試,在汽車的總線里面,,車的走線,,連接器,布線,,會(huì)有非常多的電纜,,有兩種類型的電纜,一種是可供電的,,另外是做通信的,,在ADI的大家庭里面,有推過(guò)一個(gè)A2B,,就是整個(gè)汽車音頻,,把聲音傳遞到車上的每個(gè)單元。我們也推了一個(gè)新的概念,,PoDL,,我們發(fā)起和主導(dǎo)了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),意思就是Power  Over  Data  Line,。PoDL的意義就是如何通過(guò)車身的總線去傳遞所需的能源,,我們一直在推動(dòng)節(jié)省電纜的數(shù)量,我們相信未來(lái)車身的以太網(wǎng),,PoDL有可能變成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),,我們認(rèn)為這是新的機(jī)會(huì)和轉(zhuǎn)折,因?yàn)檫@有別于傳統(tǒng)汽車的概念,?!?/p>

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12V/48V串聯(lián)

        在汽車領(lǐng)域,,汽車的變遷中,,功率管理、汽車電源還有移動(dòng)系統(tǒng),,都是非常重要的,。ADI提供了什么呢?大家都知道電動(dòng)汽車最重要的一點(diǎn)是BMS,對(duì)汽車的電子單元去做監(jiān)控的時(shí)候,,如果汽車的電池不均衡,,需不需要做主動(dòng)均衡?我們有LTC3300,,我們有LT8584,,對(duì)汽車的點(diǎn)做均衡,讓電動(dòng)汽車能夠駕駛得更安全,。還有另外一個(gè)熱點(diǎn),,過(guò)去傳統(tǒng)的油車的電瓶是12伏的,以前它是OK 的,,但現(xiàn)在面臨非常大的挑戰(zhàn),。音箱系統(tǒng)動(dòng)轍就是1500瓦的功率,還有一堆的移動(dòng)設(shè)備,,功率也越來(lái)越大,,比如剛才說(shuō)二極管的問(wèn)題,二極管的壓力也非常大,,各大車廠在探討一個(gè)問(wèn)題,,能不能從12伏直接提升到48伏?這樣電流可以降低原來(lái)的25%,,提升功率的同時(shí),,還可以把安全性做得更好。我們解決什么問(wèn)題呢,?把一個(gè)48伏的電池組和12伏的電池組連接起來(lái),,可以雙向的去做供電。48伏發(fā)電,,可以降壓給12伏的充電,,可以保證整個(gè)轎車任何一個(gè)電瓶出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候,都可以解決系統(tǒng)的問(wèn)題,。

         這是我們提供的一個(gè)系統(tǒng),,2.5千瓦的轉(zhuǎn)換效率,能夠提供非常好的穩(wěn)定性,,這個(gè)在新一代48伏的汽車?yán)锩?,也是非常?biāo)準(zhǔn)的配制,雙向的轉(zhuǎn)換,。

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(三)通信

        梁先生表示,,通信特別是現(xiàn)在5G的通信有幾個(gè)挑戰(zhàn),第一是高功率密度,,第二是高轉(zhuǎn)換效率,,第三是高可靠性,。

        梁先生表示,效率非常重要,,因?yàn)橛蠱OS管和電感的存在,,所以電源一定是有損耗的,一定不能做到100%的效率,從30年前到近兩年,,電源的效率慢慢的提高,,但大概到94%的時(shí)候就推不動(dòng)了。電感的損耗可以降下來(lái),,但是MOSFET管的損耗會(huì)增加,,很難超過(guò)94%、95%的轉(zhuǎn)換效率,。

        ADI過(guò)去幾年研發(fā)了一個(gè)沒(méi)有電感的變換器LTC7820,,開(kāi)關(guān)頻率不高的時(shí)候,電感感知就大,,損耗就比較大,,ADI開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的技術(shù),就是沒(méi)有電感的開(kāi)關(guān)電源,,用電容通過(guò)4個(gè)MOS管去做電壓的變換,,在2.8X2.8cm的面積上,可以輸出48V到24V,,500W,。在全范圍可以做到99%的效率。

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        在通信里面還有另外一個(gè)應(yīng)用,,離不開(kāi)高速的基帶的數(shù)據(jù)處理,,ADI也針對(duì)這樣的應(yīng)用,出了一系列的電源模塊,,在這種基站和通信系統(tǒng)里面,,跟工業(yè)領(lǐng)域的模塊有點(diǎn)不同,在通信里面我們推的電源模塊主要是帶PSM的,,有數(shù)字接口,,可以通過(guò)處理器,當(dāng)一個(gè)通信系統(tǒng)意外死機(jī)的時(shí)候,,里面有黑匣子一樣的設(shè)備可以把死機(jī)前一瞬間的電源每一路的工作狀態(tài)記錄下來(lái),,電壓、電流,、溫度等等,,方便通信系統(tǒng)在恢復(fù)時(shí)對(duì)系統(tǒng)做分析,甚至可以支持遠(yuǎn)程調(diào)試和遠(yuǎn)程監(jiān)控,。所以ADI有一系列的產(chǎn)品是符合通信應(yīng)用的,,比如4677可以雙路,,可以用系統(tǒng)去控制,,讀取它的狀態(tài),。4678是剛發(fā)布的,雙路50A,,單路25A,不同狀況下可以做到94.5%左右的轉(zhuǎn)換效率,,帶數(shù)字的接口,可以進(jìn)行監(jiān)控和控制,。

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