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盘点ADI在电源领域的那些独门秘籍

2018-09-07
毕晓东
关键词: ADI 电源管理

        2017年的3月10日, ADI正式完成对Linear的并购。从产品线和技术角度,ADI的最大收获无疑是电源管理产品。两家公司的电源管理产品完成整合,以“POWER BY LINEAR”品牌运营。整合了Linear的ADI,在电源管理领域有哪些创新技术和产品?日前,ADI电源产品中国区市场总监梁再信先生对此作了深入介绍。

        梁先生介绍,ADI和原Linear公司是两家具有非常相似基因的公司,都是以技术创新为驱动力的公司,而且,两家公司都致力于高性能产品领域,两家公司目标市场也都主要集中于对产品性能和可靠性有更高要求的工业、汽车、通信等领域。

        梁先生表示,ADI电源领域的未来发展主要着眼于三个维度:小尺寸、高效率、低EMI。针对工业、汽车、通信等领域的发展,ADI在电源管理方面都有很多创新的技术和产品。

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ADI电源产品中国区市场总监梁再信

(一)工业领域

        梁先生表示,ADI在电源领域约40%的业务都来自工业领域应用。当前,工业4.0引领者工业领域的创新和发展,也催生了工业领域许多新的需求,如:更多的实时控制、软件可配置的I/O、监控和设备健康管理等。工业4.0要求工业领域产品具有更高的灵活性、更高的效率、更强的通信能力、更高的安全性和更高的可靠度。而所有这些产品都需要电源,梁先生表示,ADI在电源领域诸多的创新科技将为加速工业4.0的到来提供支持。

理想二极管

        二极管是电源电路中非常常见的器件,已经出现了几十年。但是,对于高电流的应用来讲,用普通的二极管会有很多的弊端,主要是两方面:首先二极管是有压差的,一个二极管在工作的时候,压降大概0.3到0.7伏,当流过较大电流时,就会产生较大的功耗,此时它的散热是一个非常大的挑战。还有一个缺点,因为二极管是有压差的,所以输出电源要低,在很多系统上这个效率是非常低的。

        为此,ADI推出了一个系列的器件,通过一个控制器去控制一个MOS管,去实现一个二极管的功能,这个二极管可以有单个、双个及桥式的。这个二极管最大的好处是什么?梁先生表示,理想二极管的推出是通过对MOS管电路的控制,能够达到非常低的压差,因为MOS管的导通电阻是非常低的,这个能够大幅度降低功率损失。这样优化的好处一是可以减少功率的损耗,第二是系统的压差可以得到极大的缩减,功率器件不需要散热了,同时提供了系统的可靠性,增强了整个系统的效率。

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Silent Switcher

        梁先生表示,在工业领域,EMI是绕不开的问题,我们无法想象在一个大批量机器人的工厂,因为EMI的问题,系统死机了,造成的影响是非常巨大的。系统死机的原因有很多种,其中电磁兼容的干扰就是一个重要的原因。所以在传统电源上我们做了一系列的创新和探索,我们推了一个系列产品叫Silent Switcher,这个电源的设计是从工程物理的角度做了一个突破和创新。电源的EMI是最难抑制的,可能会产生电磁辐射,ADI在考虑从工程物理的角度去解决这个问题,在芯片设计上做了两个反向的电优化,从物理学的定义来讲,两个反向的回路最大的好处是产生的磁力线是闭合的,对外界EMI的干扰就会小很多,这是基本的物理学的定理。通过一系列工艺的优化,我们可以得到一个非常好的EMI性能,就是基本上不需要做任何太多的优化,都可以满足CISPR25 EMI的标准。在中国市场推广的时候,我们发现在机器人、工业控制领域,甚至在汽车领域,大部分客户对这个技术都非常感兴趣,因为在过去基本所有工业客户,或者汽车客户,光是要解决EMI的认证问题都要通过半年的时间去做整改,通过之后才可以上市。Silent Switcher技术的出现,帮我们客户节省了大半年的时间。

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隔离电源

        工业现场,会有很多高压和低压同时存在的应用,混合系统在同一个板级,这时,高压和低压的隔离就是一个非常常见的问题。传统的应用中,靠变压器作输出反馈,电路结构非常复杂,电路的可靠性较难保证。

        梁先生介绍,ADI推了一个新的概念:一个非常好的隔离电压控制器,一个控制器,一个变压器,没有反馈和光耦。输出也非常简单,一个二极管一个滤波电容。该控制器输出的调整率,从0 mA到400 mA,输出即使没有传统的反馈,输出也可以做到0.5%的精度,效率也达到90%以上,这在隔离电源的领域是一个突破和挑战。梁先生表示,ADI做了非常多的工作,就是如何通过变压器的波形去计算和分析输出负载的变化,能够让系统输出维持一定的稳定度,它综合的可靠性和稳定性已经大幅度提升了,这是ADI在工业领域的推动技术的一个创新。

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Power uModule

        从工业来讲,现在工业设计的密度和板卡的复杂程度越来越高,而且在工业设计里面,人机界面、控制、回路、软件的可靠性、系统的稳定性,花的功夫会越来越多,如何降低客户在工业领域和板卡设计时的难度,加快产品设计的迭代速度,如何帮助客户缩减电源电路板的尺寸和电路设计的复杂程度?

        一个复杂的系统对工程师来讲是非常麻烦的,梁先生介绍到, 10年前出了电源模块比较划时代的产品,今天在全世界也是非常普遍的技术,把过去非常复杂的电源系统集成在一个模块里,客户不需要关注电源的噪声、纹波,只需像LDO那样简单拿过来用就可以了,效率也非常高。

        在工业领域,小体积是ADI在推动的一个方向,如其中一个案例LTM4622,该器件尺寸是6.25mmX6.25mm,提供非常好的性能和输出。ADI在工业领域推了一系列不同的组合,像LTM4668,最大特点是高度集成,其尺寸是6.25mmX6.25mm,但是厚度只有2.1mm。电压在电流反馈的模式,对整个环路做控制,把不同的输出并联在一起,可以得到不同电流的组合,对工程师来讲,这是非常灵活的应用和组合。电源模块在ADI的电源产品里是非常全的系列。

   

(二)汽车领域

        近两年,汽车领域应用是集成电路领域的重要热点。ADI与原Linear在汽车领域的技术与产品有很高的互补性。现在的ADI,在自动驾驶及汽车领域有哪些独门武器呢?

超低噪声电源

        梁先生表示:在自动驾驶和汽车领域,最重要的一个关键词就是安全。无人驾驶技术、无人工厂、驾驶辅助系统都跟人类安全息息相关。这里面有很多核心的关键技术,在激光雷达、普通雷达、相关的测量测控单元,这几个方向是未来自动驾驶和无人机非常核心和关键的平台。

        因为雷达和激光雷达所要探索的精度和性能、稳定性是非常非常重要的。所以ADI针对雷达领域、射频、高频的应用,推出了全世界噪声最低的几款电源,LT3042、LT3045,噪声雷达只有0.8微伏。梁先生介绍到,对一个标准的锂电池,500毫安的时候,噪声大概是2.7微伏;干电池的噪声比锂电池的噪声要高,因为内阻不太一样。ADI所推出LDO的比现在看到的电池的噪声还要小。正是这样技术的推动和发展,令我们在自动驾驶这样的领域能够提供更好的性能和可靠性,推动产业的发展。当然,在无人驾驶和智能工厂中,全新的Silent Switcher技术也是可以用得到的,它对EMI也是非常敏感的。

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PoDL

        梁先生介绍,”ADI在汽车级的应用里面做了一些新的考虑和尝试,在汽车的总线里面,车的走线,连接器,布线,会有非常多的电缆,有两种类型的电缆,一种是可供电的,另外是做通信的,在ADI的大家庭里面,有推过一个A2B,就是整个汽车音频,把声音传递到车上的每个单元。我们也推了一个新的概念,PoDL,我们发起和主导了一个标准,意思就是Power  Over  Data  Line。PoDL的意义就是如何通过车身的总线去传递所需的能源,我们一直在推动节省电缆的数量,我们相信未来车身的以太网,PoDL有可能变成一个标准,我们认为这是新的机会和转折,因为这有别于传统汽车的概念。”

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12V/48V串联

        在汽车领域,汽车的变迁中,功率管理、汽车电源还有移动系统,都是非常重要的。ADI提供了什么呢?大家都知道电动汽车最重要的一点是BMS,对汽车的电子单元去做监控的时候,如果汽车的电池不均衡,需不需要做主动均衡?我们有LTC3300,我们有LT8584,对汽车的点做均衡,让电动汽车能够驾驶得更安全。还有另外一个热点,过去传统的油车的电瓶是12伏的,以前它是OK 的,但现在面临非常大的挑战。音箱系统动辙就是1500瓦的功率,还有一堆的移动设备,功率也越来越大,比如刚才说二极管的问题,二极管的压力也非常大,各大车厂在探讨一个问题,能不能从12伏直接提升到48伏?这样电流可以降低原来的25%,提升功率的同时,还可以把安全性做得更好。我们解决什么问题呢?把一个48伏的电池组和12伏的电池组连接起来,可以双向的去做供电。48伏发电,可以降压给12伏的充电,可以保证整个轿车任何一个电瓶出现问题的时候,都可以解决系统的问题。

         这是我们提供的一个系统,2.5千瓦的转换效率,能够提供非常好的稳定性,这个在新一代48伏的汽车里面,也是非常标准的配制,双向的转换。

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(三)通信

        梁先生表示,通信特别是现在5G的通信有几个挑战,第一是高功率密度,第二是高转换效率,第三是高可靠性。

        梁先生表示,效率非常重要,因为有MOS管和电感的存在,所以电源一定是有损耗的,一定不能做到100%的效率,从30年前到近两年,电源的效率慢慢的提高,但大概到94%的时候就推不动了。电感的损耗可以降下来,但是MOSFET管的损耗会增加,很难超过94%、95%的转换效率。

        ADI过去几年研发了一个没有电感的变换器LTC7820,开关频率不高的时候,电感感知就大,损耗就比较大,ADI开发了一个新的技术,就是没有电感的开关电源,用电容通过4个MOS管去做电压的变换,在2.8X2.8cm的面积上,可以输出48V到24V,500W。在全范围可以做到99%的效率。

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        在通信里面还有另外一个应用,离不开高速的基带的数据处理,ADI也针对这样的应用,出了一系列的电源模块,在这种基站和通信系统里面,跟工业领域的模块有点不同,在通信里面我们推的电源模块主要是带PSM的,有数字接口,可以通过处理器,当一个通信系统意外死机的时候,里面有黑匣子一样的设备可以把死机前一瞬间的电源每一路的工作状态记录下来,电压、电流、温度等等,方便通信系统在恢复时对系统做分析,甚至可以支持远程调试和远程监控。所以ADI有一系列的产品是符合通信应用的,比如4677可以双路,可以用系统去控制,读取它的状态。4678是刚发布的,双路50A,单路25A,不同状况下可以做到94.5%左右的转换效率,带数字的接口,可以进行监控和控制。

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