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盤點ADI在電源領(lǐng)域的那些獨門秘籍

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Linear的并購。從產(chǎn)品線和技術(shù)角度,ADI的最大收獲無疑是電源管理產(chǎn)品。兩家公司的電源管理產(chǎn)品完成整合,以“POWER BY LINEAR”品牌運營。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)品中國區(qū)市場總監(jiān)梁再信先生對此作了深入介紹。

        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,兩家公司目標市場也都主要集中于對產(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)域的未來發(fā)展主要著眼于三個維度:小尺寸、高效率、低EMI。針對工業(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)品中國區(qū)市場總監(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)都來自工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。當前,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:更多的實時控制、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的到來提供支持。

理想二極管

        二極管是電源電路中非常常見的器件,已經(jīng)出現(xiàn)了幾十年。但是,對于高電流的應(yīng)用來講,用普通的二極管會有很多的弊端,主要是兩方面:首先二極管是有壓差的,一個二極管在工作的時候,壓降大概0.3到0.7伏,當流過較大電流時,就會產(chǎn)生較大的功耗,此時它的散熱是一個非常大的挑戰(zhàn)。還有一個缺點,因為二極管是有壓差的,所以輸出電源要低,在很多系統(tǒng)上這個效率是非常低的。

        為此,ADI推出了一個系列的器件,通過一個控制器去控制一個MOS管,去實現(xiàn)一個二極管的功能,這個二極管可以有單個、雙個及橋式的。這個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對MOS管電路的控制,能夠達到非常低的壓差,因為MOS管的導(dǎo)通電阻是非常低的,這個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,同時提供了系統(tǒng)的可靠性,增強了整個系統(tǒng)的效率。

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Silent Switcher

        梁先生表示,在工業(yè)領(lǐng)域,EMI是繞不開的問題,我們無法想象在一個大批量機器人的工廠,因為EMI的問題,系統(tǒng)死機了,造成的影響是非常巨大的。系統(tǒng)死機的原因有很多種,其中電磁兼容的干擾就是一個重要的原因。所以在傳統(tǒng)電源上我們做了一系列的創(chuàng)新和探索,我們推了一個系列產(chǎn)品叫Silent Switcher,這個電源的設(shè)計是從工程物理的角度做了一個突破和創(chuàng)新。電源的EMI是最難抑制的,可能會產(chǎn)生電磁輻射,ADI在考慮從工程物理的角度去解決這個問題,在芯片設(shè)計上做了兩個反向的電優(yōu)化,從物理學(xué)的定義來講,兩個反向的回路最大的好處是產(chǎn)生的磁力線是閉合的,對外界EMI的干擾就會小很多,這是基本的物理學(xué)的定理。通過一系列工藝的優(yōu)化,我們可以得到一個非常好的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的標準。在中國市場推廣的時候,我們發(fā)現(xiàn)在機器人、工業(yè)控制領(lǐng)域,甚至在汽車領(lǐng)域,大部分客戶對這個技術(shù)都非常感興趣,因為在過去基本所有工業(yè)客戶,或者汽車客戶,光是要解決EMI的認證問題都要通過半年的時間去做整改,通過之后才可以上市。Silent Switcher技術(shù)的出現(xiàn),幫我們客戶節(jié)省了大半年的時間。

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隔離電源

        工業(yè)現(xiàn)場,會有很多高壓和低壓同時存在的應(yīng)用,混合系統(tǒng)在同一個板級,這時,高壓和低壓的隔離就是一個非常常見的問題。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推了一個新的概念:一個非常好的隔離電壓控制器,一個控制器,一個變壓器,沒有反饋和光耦。輸出也非常簡單,一個二極管一個濾波電容。該控制器輸出的調(diào)整率,從0 mA到400 mA,輸出即使沒有傳統(tǒng)的反饋,輸出也可以做到0.5%的精度,效率也達到90%以上,這在隔離電源的領(lǐng)域是一個突破和挑戰(zhàn)。梁先生表示,ADI做了非常多的工作,就是如何通過變壓器的波形去計算和分析輸出負載的變化,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)域的推動技術(shù)的一個創(chuàng)新。

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Power uModule

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

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

        在工業(yè)領(lǐng)域,小體積是ADI在推動的一個方向,如其中一個案例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,對整個環(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,對工程師來講,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。ADI與原Linear在汽車領(lǐng)域的技術(shù)與產(chǎn)品有很高的互補性?,F(xiàn)在的ADI,在自動駕駛及汽車領(lǐng)域有哪些獨門武器呢?

超低噪聲電源

        梁先生表示:在自動駕駛和汽車領(lǐng)域,最重要的一個關(guān)鍵詞就是安全。無人駕駛技術(shù)、無人工廠、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、普通雷達、相關(guān)的測量測控單元,這幾個方向是未來自動駕駛和無人機非常核心和關(guān)鍵的平臺。

        因為雷達和激光雷達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針對雷達領(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,噪聲雷達只有0.8微伏。梁先生介紹到,對一個標準的鋰電池,500毫安的時候,噪聲大概是2.7微伏;干電池的噪聲比鋰電池的噪聲要高,因為內(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)的推動和發(fā)展,令我們在自動駕駛這樣的領(lǐng)域能夠提供更好的性能和可靠性,推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當然,在無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EMI也是非常敏感的。

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PoDL

        梁先生介紹,”ADI在汽車級的應(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,有推過一個A2B,就是整個汽車音頻,把聲音傳遞到車上的每個單元。我們也推了一個新的概念,PoDL,我們發(fā)起和主導(dǎo)了一個標準,意思就是Power  Over  Data  Line。PoDL的意義就是如何通過車身的總線去傳遞所需的能源,我們一直在推動節(jié)省電纜的數(shù)量,我們相信未來車身的以太網(wǎng),PoDL有可能變成一個標準,我們認為這是新的機會和轉(zhuǎn)折,因為這有別于傳統(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、汽車電源還有移動系統(tǒng),都是非常重要的。ADI提供了什么呢?大家都知道電動汽車最重要的一點是BMS,對汽車的電子單元去做監(jiān)控的時候,如果汽車的電池不均衡,需不需要做主動均衡?我們有LTC3300,我們有LT8584,對汽車的點做均衡,讓電動汽車能夠駕駛得更安全。還有另外一個熱點,過去傳統(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)動轍就是1500瓦的功率,還有一堆的移動設(shè)備,功率也越來越大,比如剛才說二極管的問題,二極管的壓力也非常大,各大車廠在探討一個問題,能不能從12伏直接提升到48伏?這樣電流可以降低原來的25%,提升功率的同時,還可以把安全性做得更好。我們解決什么問題呢?把一個48伏的電池組和12伏的電池組連接起來,可以雙向的去做供電。48伏發(fā)電,可以降壓給12伏的充電,可以保證整個轎車任何一個電瓶出現(xiàn)問題的時候,都可以解決系統(tǒng)的問題。

         這是我們提供的一個系統(tǒng),2.5千瓦的轉(zhuǎn)換效率,能夠提供非常好的穩(wěn)定性,這個在新一代48伏的汽車里面,也是非常標準的配制,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,因為有MOS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%的時候就推不動了。電感的損耗可以降下來,但是MOSFET管的損耗會增加,很難超過94%、95%的轉(zhuǎn)換效率。

        ADI過去幾年研發(fā)了一個沒有電感的變換器LTC7820,開關(guān)頻率不高的時候,電感感知就大,損耗就比較大,ADI開發(fā)了一個新的技術(shù),就是沒有電感的開關(guān)電源,用電容通過4個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應(yīng)用,離不開高速的基帶的數(shù)據(jù)處理,ADI也針對這樣的應(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,可以通過處理器,當一個通信系統(tǒng)意外死機的時候,里面有黑匣子一樣的設(shè)備可以把死機前一瞬間的電源每一路的工作狀態(tài)記錄下來,電壓、電流、溫度等等,方便通信系統(tǒng)在恢復(fù)時對系統(tǒng)做分析,甚至可以支持遠程調(diào)試和遠程監(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,可以進行監(jiān)控和控制。

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