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EEPW首页 > 专题 > 解读电源三大热门领域的技术方案 

解读电源三大热门领域的技术方案 

作者:迎九 王金旺时间:2017-03-29来源:电子产品世界
编者按:在智能化 、网络化的当下时代,各种新型电子产品层出不穷,而在各电子产品中,电源模块一直都是不可避免的课题,随着新材料和新工艺不断涌现、不断发展,电源模块的的各方面性能也不断得到完善。本次专题就功率器件、光伏和隔离器三个方面,邀请业内专业人士共同探讨电源的发展和革新。

作者/ 迎九 王金旺《电子产品世界》编辑

本文引用地址:/article/201703/345931.htm

摘要:在智能化 、网络化的当下时代,各种新型电子产品层出不穷,而在各电子产品中,模块一直都是不可避免的课题,随着新材料和新工艺不断涌现、不断发展,模块的的各方面性能也不断得到完善。本次专题就三个方面,邀请业内专业人士共同探讨的发展和革新。

与电源模块

  电源管理器件需要小尺寸提供高效率

  开关稳压器的控制方式一般采用电流控制模式,但是负载电流变动的过渡响应特性有时达不到要求的规格。作为解决对策,可使用滞后控制方式的开关稳压器,该稳压器属于滞后控制中的一种固定导通时间控制,可反馈输出电压生成的纹波电压波形,并用比较器比较纹波电压底部和基准电压后进行开关控制,据此将输出电压保持到一定水平。反馈电压低于基准电压时,生成单脉冲并导通高边开关,从而从输入端向输出端供应电流。用比较器单纯地进行比较并逐次进行开关控制,几乎没有反馈控制的时间迟延,所以与电流控制模式相比,可获得更快速的过渡响应特性。

  H3RegTM控制是固定导通时间控制的进化版,是ROHM独有的控制方式。负载电流急剧增加时,输出电压降低;在超过反馈电压决定的导通时间,输出电压也未能超过基准电压时,通过延长高边开关的导通时间提供更多电力,加快输出电压恢复的速度。据此,可得到比固定导通时间控制更快速的过渡响应特性。另外,由于负载急剧变化时,开关次数少,所以可减少噪声发生。

  工业应用

  工业应用电源多需要高电压降压转换器,以较小的方案尺寸提供高效率,ROHM利用尖端的功率系统工艺和垂直统合型一条龙生产线,面向非常重视可连续工作的可靠性和长期稳定供应的工业设备市场,开发出众多新产品。例如,ROHM面向需要大功率(高电压×大电流)的通信基站和工业设备领域,开发出耐压高达80V的MOSFET内置型DC/DC转换器 "BD9G341AEFJ"。BD9G341AEFJ"采用功率系统工艺0.6m的高耐压BiCDMOS作为非绝缘型DC/DC转换器,实现了80V的业界高耐压水平,在ROHM的DC/DC转换器产品阵容中,也是耐压最高的产品。利用ROHM擅长的模拟设计技术优势,在80V级的DC/DC转换器中,还实现了业界较高的转换效率。与一般产品相比,本产品即使输出引脚发生意外短路(接触),也可通过保护电路抑制发热,从而防止产品受损,因此,有助于提高应用产品的可靠性。不仅如此,这些优势仅通过简单的小型8引脚封装即可完全实现,可减少安装面积和周边零部件数量。

  用高密度提升产品性能

  Vicor以砖式或模块电源闻名。相比于很多IPM(智能功率模块)和等产品,Vicor做的是模块化电源系统。而IPM,通常是功率器件或电源器件与控制芯片的集成。相比后者,Vicor的砖式或模块的集成度更高,里面有功率器件、控制芯片与很多信号调理电路,利用独特的拓扑结构,实现高密度、高效和高可靠性。

  Vicor高密度产品

  Vicor的AD/DC集成方案是内部的两级拓扑,前级是零电压开关的升降压转换器,后级是零电压零电流的母线转换器结构。一般的电源转换器都是两级结构,而Vicor与一般产品对应的是单级变换,因此,Vicor的优势是成本较低。但单级效率不太容易提升,Vicor现在的DC/DC已经是两级,使效率和密度都上去了。

  另外,Vicor的ZVS buck(零电压开关)转换器采用软开关技术的降压芯片,不仅如此,升降压、升压等也都是零电压开关,因而损耗低,开关频率可以做到1MHz以上的高频。

  数据中心:48V直转CPU

  Vicor已经为Intel VR13 48V做了很多年产品。2016年3月9日,谷歌发布基于48V的方案,并在OCP(开放计算项目)上宣布采用了Vicor方案。另外,在今年召开的Facebook OCT会上,已有客户明确提出采用48V方案。与此同时,国内也有一些厂商在做48V转CPU方案了。

  目前,本土会有试用48V转CPU方案。国外已出货几百万片(例如谷歌等)。实际上,国内的天蝎2.5已包括48V电源,但是48V转12V,预计天蝎3.0今年会发布,有可能直接接到CPU,有可能有48V母线选项。

  具体地,Intel的VR13是对CPU的电压调整(VR)规范,涉及动态响应、电压调整精度、负载线变化等,指标非常严格,近乎苛刻。所以入围Intel VR13的朋友圈已经实属不易,而Vicor却可以提供成熟应用的方案。

  实际上,48V转CPU的电压效率,与12V转CPU的效率差不多,但是输入48V进来,反向的损耗或母线排上的损耗减少会很多,电流只有其1/4。

  工业用电源及电源管理器件的新进展

  随着各大行业的飞速发展,对工业电源的可靠性、容量/体积比、安装等要求越来越高。对此,工业电源的发展有以下几个方面的趋势:1)更高功率密度,不断提升转换效率、可靠性;2)便于安装和扩容,简化应用;3)应用数字信号控制技术,形成与外界的数字化通讯接口;4)提高集成度,走向智能化。

  作为工业设备核心器件的工业电源当以市场需求为导向,着力突破制约电源发展的关键电路设计与制造技术。

  金升阳各系统中的应用方案

  近几年,金升阳以解决客户在实际应用中遇到的诸多难题为目标,利用数百项专利技术,针对智能电网、新能源、轨道交通、医疗、充电桩等领域开发了一系列行业专用电源,并已经成功地应用在各个系统中。如:

  智能电网领域:发电环节,配合新能源开发,PV系列电源针对1500V系统研发,适用于汇流箱、光伏逆变器等系统;变电环节,PV45系列电源针对SVG行业研发,可直接从高压母线取电给控制系统供电;配电环节,MBP系列充电电源适用于DTU、TTU等系统;智能管理环节,LS/LD系列AC-DC电源应用于智能电表、仪器仪表中。

  轨道交通领域:6-150W URB1D/URF1D系列DC-DC电源满足EN50155铁标认证,适用于72V、96V、110V 的铁路车载电子设备以及轨旁电气设备,如铁路监控设备、空调控制器、信息显示屏、门控系统等。

  医疗领域:G(H)_S系列DC/DC电源和LH-MU系列AC-DC电源满足第三版医疗认证,适用于注射泵、多功能监护仪、营养箱等诊断类或辅助类医疗器械。

  充电桩领域:CAN/CAN-FD/RS485系列通讯模块、宽压DC-DC模块、LO/LM/LI系列AC-DC模块等适用于直流充电桩和交流充电桩系统。

  汽车电子领域:CF系列DC-DC电源符合AEC-Q100设计标准,适用于车用通讯系统电机控制器、发动机控制系统、电池管理系统(BMS)等系统。

  电源管理的智能化是大势所趋

  Maxim Integrated TTS Asia应用工程师经理魏智认为,电子产品小型化是许多领域的共同主题,消费类电子从便携到可穿戴;工业4.0带动了尺寸更小、功能更强大的uPLC需求。轻、薄、小是各大品牌推广产品的关键词,而支撑市场发展的背后离不开电源管理技术的进步。功率密度的不断提升,电源管理的高度智能化是电源技术发展的大势所趋。无论是大功率数据中心、中等功率的工业应用,还是低功耗便携设备,单位面积能够产生的输出功率都是非常重要的指标。为此,我们始终在先进工艺、封装技术、设计和系统架构上不断创新。Maxim最新推出的MAX17222 nanoPower boost,具有业内高效率和300nA低静态电流(IQ),相比同类产品可减少多达50%的方案面积,并提供95%的峰值效率,使发热降低。帮助可穿戴及消费类IoT设计在更小尺寸内实现更强大的功能与性能,获取更长的电池寿命。

  低功耗系统管理

  提升吞吐率是工业、数据中心、消费类电子,甚至汽车电子等应用领域的关键,而实现这一目标的核心技术在于低功耗系统管理。电源管理器件是Maxim销售收入的重要来源,我们不仅在消费类产品提供领先的解决方案,同时也致力于汽车、工业、通信和数据中心等应用领域的创新技术,提供高性价比电源产品。

  在汽车领域,电子零部件使用比例的增加不仅带动了PMIC需求的上升,还促进了汽车销量的提升。同时,电动和混合动力汽车也对PMIC提出了新的需求和挑战。Maxim的汽车电源可以工作在低至3.5V,甚至2V的输入电压环境下,同时可承受高达40V/42V的抛负载电压。99%的占空比确保汽车起停或冷启动是保持稳定的输出电压。较高的工作频率以及扩频模式,既可避开对AM波段的干扰,又可以解决EMI问题,并允许使用小尺寸外部元件。

  在大数据和云计算领域,数据中心的革命正在进行——越来越多的企业服务器迁移到了云端。这一革命驱动着新系统架构和商业模式的衍生,并推动着云计算和大数据应用对PMIC需求的提升。Maxim的电源管理方案能够帮助用户从容应对这一挑战。

光伏

  中国市场需要创新应用

  中国光伏市场的起步略滞后于国际上领先的欧美国家,但发展迅猛,在相当短的时间里,集中式逆变器技术和电站安装量都处于世界领先地位。集中式逆变器技术发展来自于专业的光伏逆变器企业,以及不间断电源和风电变流器企业。他们在市场迅猛发展靠的是以前的技术积累,而且这些年轻的企业有着很强的创新精神,没有沿袭国外逆变器的传统设计,而采用了来自英飞凌的新技术,如PrimePACK3和 EconoDUAL3等功率半导体新技术,使得中国光伏逆变器的市场竞争能力前所未有地强大。

  光伏系统朝着1500V直流方向发展,针对新的应用,我们会准备全新的技术方案。采用IGBT5 .xt技术的新一代PrimePACK3可以使得单机容量做到1MW以上,真正体现1500V光伏系统的价值。为推动1500V光伏系统技术,我们在和有设计咨询能力第三方实验室及认证机构合作,服务于整个产业链。



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