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ADI:做創(chuàng)新技術(shù)引領(lǐng)者,電源更加如此

 2017年3月,LTC和ADI正式合并,當(dāng)時ADI有2萬個器件,LTC有2.3萬個器件,合并后總共有4.3萬個器件,其中電源超過1萬個器件。ADI對電源產(chǎn)品保留了Linear的元素,新的子品牌叫Power by Linear。在上萬種電源產(chǎn)品中,ADI主要聚焦于工業(yè)、通信、汽車電子等領(lǐng)域,不過這并不代表ADI不做消費類市場,但ADI的策略仍然是通過技術(shù)創(chuàng)新提升產(chǎn)品價值。

在日前舉辦的ADI媒體交流會上,ADI電源系統(tǒng)工程總監(jiān)Lorry Liang梁再信先生針對ADI電源產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域進行了分享.

工業(yè)4.0:ADI Silent Switcher的兩層板設(shè)計即可滿足EMI要求

Power by Linear產(chǎn)品的三個核心要素是高效率、小尺寸、更好的EMI,助力中國工業(yè)4.0的發(fā)展。在這個領(lǐng)域中尤其看好半導(dǎo)本設(shè)備的成長。“在所有的半導(dǎo)體生產(chǎn)、測試、封裝的過程中都有很多設(shè)備需要用到電源,在這些設(shè)備中空間都非常緊湊,所以我們的電源模塊有非常多的機會。我們的Power Module經(jīng)過十年發(fā)展,已經(jīng)有非常完整的產(chǎn)品序列,半導(dǎo)體設(shè)備制造商可以有很好的技術(shù)和產(chǎn)品支持,完成具有挑戰(zhàn)的設(shè)計,用小體積、高效率的產(chǎn)品、在很小的空間里支持更多的器件。”

ADI創(chuàng)新性的Silent Switcher,解決了EMI干擾的問題。Lorry解析,普通的電源是單個電流回路,Silent Switcher芯片上是兩個反向電流環(huán),EMI非常低。Silent Switcher經(jīng)過不斷的迭代、優(yōu)化、升級,一直保持遙遙領(lǐng)先的狀態(tài)。為了簡化設(shè)計,我們做了一些測試和對比,比如說LT8609S。過去要解決EMI的問題,大部分的供應(yīng)商會告訴你,用四層板、六層板加屏蔽、隔離等等,但ADI的Silent Switcher用兩層板做一個標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計就可以滿足EMI的標(biāo)準(zhǔn),而且還有一些余量。當(dāng)然用四層板更好,只是兩層板已經(jīng)可以滿足工業(yè)級EMI標(biāo)準(zhǔn)。

另外還有一些不同的創(chuàng)新,從簡化設(shè)計和應(yīng)用出發(fā),推出一系列隔離電源產(chǎn)品,把過去傳統(tǒng)的隔離電源產(chǎn)品極度簡化。只要一個變壓器,輸出用二極管和濾波電容,不需要其他的反饋,同樣可以把效率做得很高,輸出穩(wěn)定性做得非常好。

汽車設(shè)計從降低EMI到大功率平衡再到保護器件

Power by Linear產(chǎn)品在汽車領(lǐng)域都有非常多的應(yīng)用方向,Lidar、Radar、IMU、ECU、48伏系統(tǒng)、LED等熱門領(lǐng)域。2016年,ADI發(fā)布了業(yè)界最低噪聲的LT3045,噪聲比傳統(tǒng)鋰電池的噪聲還少。測試數(shù)據(jù)顯示,鋰電池有2.7μV的噪聲,LT3045在同樣電流下只有0.8μV,1M以下PSRR值都在78個dB以上。給Lidar、Radar供電的時候可以顯著提升性能,使得整個系統(tǒng)的噪聲是很小的,讓整車和乘客更安全。

Silent Switcher同樣獲取了汽車Tier 1和車廠的認(rèn)可,因為汽車領(lǐng)域電源設(shè)計一個重要方向就是極大降低EMI,讓車身系統(tǒng)更穩(wěn)定。此外,比如PoDL, 即Power Over Data Line,針對未來汽車的以太網(wǎng),通過類似ADI創(chuàng)新型方案A2B、C2B一樣,PoDL即通過數(shù)據(jù)線供電,可以節(jié)省非常多的電纜施工和重量,提高可靠性,降低施工的難度,節(jié)省整車成本。

還有,如何利用LED把汽車的安全性做得更好? 比如奧迪A8矩陣大燈,由非常多的LED單元構(gòu)成,兩車會車時可以利用車身攝像頭判斷對車位置,系統(tǒng)自動關(guān)閉來車那側(cè)的一部分燈,讓會車更安全。

包括電源管理、動力總成和娛樂信息等,也非常重要。ADI有一系列的產(chǎn)品在汽車能源的優(yōu)化上表現(xiàn)優(yōu)越。

電動汽車中的電池管理系統(tǒng)BMS做得好,有助于汽車安全駕駛更長距離。早幾年,Power by Linear的BMS產(chǎn)品比如LTC680X系列在國內(nèi)非常流行,一度占80%以上的市場份額。ADI還有一系列電源管理配合BMS,比如主動均衡、系統(tǒng)監(jiān)控等應(yīng)用。

大部分的混動汽車同時有48伏和12伏系統(tǒng)。如何解決大功率48伏系統(tǒng)和12伏系統(tǒng)之間的平衡和轉(zhuǎn)換?因為48伏系統(tǒng)需要的瞬間功率高達十幾千瓦,對業(yè)界而言,安全性和可靠性是很大的挑戰(zhàn)。Power by Linear針對48V/12V系統(tǒng)有專門的應(yīng)用方案:雙向兩相同步降壓或升壓型控制器LTC3871,當(dāng)起動汽車或需要額外功率時,LTC3871允許兩個電池同時為同一個負載供能,最高可實現(xiàn)97%的效率。48伏發(fā)電時,可以降壓給12伏系統(tǒng)充電;如果有需要,12V還可給48V補電。除了LTC3871,我們同樣有一系列產(chǎn)品可以支持這樣48V/12V的轉(zhuǎn)換。

Lorry介紹,傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機,用傳統(tǒng)二極管當(dāng)整流橋,但傳統(tǒng)二極管是有壓差的,電流越大壓差反而不是很好,大概可以有0.4伏到0.7伏的差,這是很大的功率損耗。所以我們做了一個產(chǎn)品,叫理想二極管橋堆,用MOS管代替二極管。這樣做的好處是MOS管的阻抗比較低,可以提高效率,比較少的功率損耗,橋堆不需要散熱器,非常高的可靠性和可靠的效率,為汽車進一步節(jié)省能源、提升運營效率。

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在汽車保護器件方面 ,因為汽車的電瓶和整個系統(tǒng)越來越復(fù)雜,系統(tǒng)難免在啟動時會有一些瞬間的高壓出現(xiàn),這種高壓對系統(tǒng)是非常大的挑戰(zhàn),過去的汽車電子大部分是在12伏系統(tǒng)下工作的,在惡劣的條件下,有可能瞬間到70伏,可能把組件打壞。過去在汽車領(lǐng)域最常見做法是加PVS管,但是3000瓦、6000瓦的PVS管體積比較大,比較難固定,穩(wěn)定性和可靠性怎么實現(xiàn)?考慮用Surge Stopper,在設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)把瞬間脈沖的干擾電源尖的部分全部消掉。

5G、光通信提供功率密度,1片拇指大小的模塊做到100安培

5G來臨,設(shè)備越來越小,帶寬越來越寬,功率也越來越高。中國有上百萬個基站,如果把能源密度做高,省電是非常可觀的。而通信的未來肯定需要很好的效率和可靠性。

無線基站,模塊要求小、集成,供電和散熱的問題。新一代的基站設(shè)計上,ADI提供了很多很好的設(shè)計方案,比如POE,通過傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)線給電源供電。

如果說一個通信板卡需要非常高的功率密度,以FPGA的0.8V內(nèi)核電壓、100A的輸出電流為例,2010年我們需要12片LTM4601才可以做到100安培,2012年推出LTM4620,4片就可以達到100安培,LTM4630的時候需要3片,LTM4650的時候2片就可以。最近,我們發(fā)布了LTM4700,拇指大小,大概跟鉛筆的厚度一樣,1片就能做到100安培——這是非常了不起的成就。Lorry特別說道,掌聲獻給模塊設(shè)計經(jīng)理Richard,他的團隊在電源模塊上花了非常多的時間,推動事情往前發(fā)展。它幫助通信公司極大解決了散熱、尺寸、體積和運營效率的問題。

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基站使用PoE供電,節(jié)省成本,包括運營成本、鋪線成本等。PoE供電從at、af、bt到LTPoE++,功率從13W直到90W。最新的POE可以支持150W,也就是說普通的小基站,基本上一根網(wǎng)線過去數(shù)據(jù)和電源都搞定。POE供電加上模塊設(shè)計,可以讓基站電源的設(shè)計更簡化。

有線方面,包括POE、Silent Switcher等。有線與無線不同,需要熱插拔、非常高的轉(zhuǎn)換效率,也需要一些PSM,就是做電源管理的應(yīng)用。通信上,局端的設(shè)備溫度非常高,效率非常重要。

傳統(tǒng)的電源,很大的電路,效率大概93%、94%,再往上做很難。通信背板上,48V往下轉(zhuǎn)時,往往面臨很多挑戰(zhàn),板上需要更低電壓的時候轉(zhuǎn)換效率不高。如果把48伏先轉(zhuǎn)為24伏,下邊再做二級的轉(zhuǎn)換,這對系統(tǒng)很有幫助。如何提高效率?我們做了大膽的嘗試。對于幾百瓦功率電源變化來說,頻率不會很高,電感損耗就很大。LTC7820是一款固定比例高電壓高功率開關(guān)電容器,用CFLY(飛電容) 取代過去損耗比較大的電感,2.8×2.8厘米6毫米厚的模塊,從48V到24V,可以推約500W功率,效率在99%左右。

光模塊市場前景很大,它最大的挑戰(zhàn)是體積,怎么在小體積里放下必不可少的電源?LTM4622和LTM4624非常小體積、非常薄,6.25mm×6.25mm×1.8mm的電源模塊,過去在光通信領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然,還在設(shè)計比6.25mm還要小的小封裝電源模塊,助推中國光通信的發(fā)展。

電源模塊將有三個方向:一是大功率,就剛剛說的100安的輸出電流,我們已在研發(fā)下一代;二是小體積,比如我們已在研發(fā)4mm×4mm產(chǎn)品;三是做薄,比如1.8mm產(chǎn)品。現(xiàn)在客戶希望我們能不能做1.5mm甚至更薄。做薄是有難度的,因為它集成了MOS管、電感等,是個完善的模塊。

收集并善用能源

另外,能源現(xiàn)在非常重要。高壓電搭上通常有電力監(jiān)控系統(tǒng),它不可能從高壓電塔上取電,ADI提供類似高效率且?guī)?yōu)化功能的太陽能電池板來取電,實現(xiàn)無人值守和維護的高效運營。

能量收集方面,能量通過溫差、振動獲取,ADI也在進一步研發(fā)。

例如,振動發(fā)電。ADI換能器電源轉(zhuǎn)換芯片LTC3588,配合小體積的換能器可以在0.25G的振動加速度和40赫茲的頻率上產(chǎn)生200多微安的電流。這電流看起來很小,如果乘3.3伏,大概功率也就是600微瓦,好像不能用來做什么。但如果有一個電機的監(jiān)控設(shè)備,如果用這個換能器和轉(zhuǎn)換電路可以穩(wěn)定地給我們的監(jiān)控電路提供3.3伏、大概0.2毫安的電流,這對于很多微弱電流的監(jiān)控系統(tǒng)來講,這個電流已基本足夠用,可以實現(xiàn)設(shè)備的終身免維護和無人值守。

還有溫差發(fā)電。測試數(shù)據(jù)顯示,一個3厘米×3厘米TEG連上LTC3108,可以產(chǎn)生3.3伏電壓,在10度溫差時大概有60微安的電流,200微瓦的功率,30度溫差差不多有400微安的電流。設(shè)想一個可穿戴設(shè)備,環(huán)境溫度25度身體溫度35度,10度溫差產(chǎn)生的200微瓦可以使電子器件持續(xù)工作下去,就不用充電了。這還不夠。正在考慮如何改進溫差發(fā)電轉(zhuǎn)化技術(shù),已有的能量采集IC能實現(xiàn)把20毫伏的微弱電壓升到3.3伏,這已經(jīng)是非常大的挑戰(zhàn)了??墒牵壳癆DI美國團隊在思考如何把換能器功率提高,從200微瓦提高到400微瓦,體積只有目前的1/10。如果這樣的器件和換能器實現(xiàn)、發(fā)布以后,可以想像ADI將獲得全球可穿戴設(shè)備市場很大的份額。

為了配合國內(nèi)工程師使用Power by Linear產(chǎn)品,ADI提供了很多免費的工具。例如,LTPowerCAD,可以做整個電路的規(guī)劃以及做運算;生成的數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入LTspice仿真工具做進一步的仿真;通信設(shè)備上需要電源管理做PSM,做系統(tǒng)的板級電源管理,有開發(fā)工具LTpowerPlay;傳統(tǒng)ADI的電源產(chǎn)品也有一個仿真工具叫ADIsimPE。這些軟件都可以在ADI官網(wǎng)免費下載使用。

不得不說ADI其實在消費電子領(lǐng)域更看中創(chuàng)新帶來的價值。Lorry表示智能手機的創(chuàng)新讓ADI看到不同以往的前景,例如快速充電,過去傳統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換效率只有93%、94%,大電流時損耗更大, 50瓦有7%的損耗。大電流充電面臨挑戰(zhàn),而ADI提供芯片級架構(gòu),可實現(xiàn)97%以下的充電效率。另外,ADI最近還推出了TOF芯片,用于智能手機3D場景應(yīng)用,這也是智能手機最熱門最具前景的方向,ADI用高品質(zhì)的產(chǎn)品引領(lǐng)創(chuàng)新潮流。

產(chǎn)品目錄
MULTICOMP PRO
Kyet 科雅薄膜電容器
喬光電子(FTR)
采樣電阻
KINGSTATE(志豐電子)
君耀電子(Brightking)
RUBYCON電容原裝現(xiàn)貨供應(yīng)商
HAMAMATSU 濱松光電產(chǎn)品
傳感器
飛思卡爾開發(fā)工具 Freescale
嵌入式解決方案
自動化工業(yè)系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)攝像機
行車記錄儀
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