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盤點(diǎn)ADI在電源領(lǐng)域的那些獨(dú)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(duì)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(yùn)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(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(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(duì)于高電流的應(yīng)用來講,,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是繞不開的問題,,我們無法想象在一個(gè)大批量機(jī)器人的工廠,,因?yàn)镋MI的問題,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)。在中國市場推廣的時(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^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)證問題都要通過半年的時(shí)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(shí)間,。

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隔離電源

        工業(yè)現(xiàn)場,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(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,,沒有反饋和光耦,。輸出也非常簡單,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(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(dá)、普通雷達(dá),、相關(guān)的測量測控單元,,這幾個(gè)方向是未來自動(dòng)駕駛和無人機(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,。”

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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(gè)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(shí),,還可以把安全性做得更好。我們解決什么問題呢,?把一個(gè)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(gè)轎車任何一個(gè)電瓶出現(xiàn)問題的時(shí)候,都可以解決系統(tǒng)的問題,。

         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,,但是MOSFET管的損耗會(huì)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(gè)沒有電感的變換器LTC7820,開關(guān)頻率不高的時(shí)候,,電感感知就大,,損耗就比較大,ADI開發(fā)了一個(gè)新的技術(shù),,就是沒有電感的開關(guān)電源,,用電容通過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,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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