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电源的创新很精彩

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  由《今日电子》和211C中国电子网主办的电源技术研讨会又如约在9月同全国的观众们见面了。虽然每年都有新面孔的加入,但是对电源技术的热情却是一如既往的。本年大会上,演讲的主题更加宽广,内容更加细致,热门的技术热点都有所反映,一线厂商也纷纷亮出了最新的产品和技术,这也从侧面印证了国内电源产业处在一个高速发展阶段。下面,就让我们来为大家仔细梳理下各主题演讲的精彩内容。
  成立于1979年的爱立信电源本是专门服务于爱立信网络业务的一个部门,但是在多年的经营发展后,已经成为商用电源市场的一个知名品牌。爱立信电源在数字电源模块方面投入很早,2004年就开始了研究,2008年发布第一代数字控制的隔离DC/DC模块电源和非隔离的附载点电源,2012年发布了第二代。爱立信在电源方面做出的主要技术革新就是用数字回路代替模拟控制,包括了反馈环路,控制算法,PWM生成,以及出错保护等;并将EEPROM内容在模块上电的过程中被载入到RAM。爱立信认为数字电源将会颠覆我们的认知,其集成度将发展到更高的水平,供电功率提升至千万级,实现模块通信互联和动态能量管理的需求。BMR465是爱立信今年推出的新产品,也是TOP 10的获奖产品,其小型封装:50.8×19.05×10.0mm;动态总线电压输入(7.5V-14V);输出电压0.6V-1.8V;最大输出电流90A;12Vin,1.8Vout,半载效率94.3%;两相Buck拓扑;支持4模块并联,输出电流可达360A;有源均流;免环路补偿;非线性充电模式控制,快速的负载动态响应;支持PMBus配置管理。爱立信的数字电源产品已经在通信产品中获得了很好的应用成果。
  提起Vicor公司,在电源界几乎是无人不知。专注于电源的Vicor公司,其电源产品被视为高品质的象征,现在已经拥有130个电源专利,所有的产品都在美国研发和生产。Vicor的产品主要集中在通信/计算、工业、混合动力汽车、国防/航空航天四大领域,主要的技术强项是专有的ZVS及ZCS转换器拓扑结构,系统级封装(SiP)LGA模块,VI Chip,转换器级封装(ChiP)产品和VIA。Chip是转换器级封装,其在HDIC基板上/下集成过压成型磁板,适用于多种产品组合,包括了隔离母线转换(BCM),DCDC转换(DCM),降压、升压和升降压稳压(PRM),PoL电流倍增(VTM)。VIA是Vicor的最新技术,是基于用业界领先的前端解决方案扩展Vicor的功率元件方法,支持所有Vicor拓扑结构(SAC、ZVS BB、双钳位ZVS,AC/DC和DC/DC等)。VIA也可以被看作是一个平台,具有“简便易用”的设计理念,卓越的定制化服务。该平台包括了VIA DCM,这是一个隔离的DC/DC电源转换系统,峰值功率高达600W,效率可达94%;VIA PFM,隔离式AC/DC,具有主动式PFC,内置集成了EMI滤波器,瞬态保护,浪涌电流限制等功能,功率可达400W;还有VIA BCM,其内部采用了Chip,是隔离、固定比率DC-DC转换器,效率高达97.6%。
  安森美公司为观众们推荐了两款产品,一个是首款电流模式LLC AC DC控制器NCP1399。NCP1399克服了传统的电压模式控制器的风险,如需要额外的过载及短路系统,和低瞬态响应。其具备了独特的电流模式控制算法,比传统电压模式提供高得多的f0,还能提供更低压降和更快稳定响应,对线性纹波的抑制比压控振荡器好5倍。对于开发者最关心的满载和轻载时的高效能及超低待机能耗问题,该产品也有很好的解决方法。NCP1399具有死区时间自动调节功能,还有轻载运行下的跳周期模式,可以大幅降低开关损耗。因为使用特定启动方案,NCP1399在任何条件下都能稳固的、无硬开关的启动。此外,其还具有多种可编程功能,包括了空载期钳位和故障选项,TSD阂值,VCC导通/关断阈值等。另一个产品是NCP1602,6管脚PFC控制器。基于创新的谷同步频率反走(VSFF)方式。在此种模式,当控制电压超过可编程的电压值时电路工作于临界导电模式(CrM)。当控制电压低于默认置时,NCP1602线性衰减频率降至30kHz,直到控制电压达到跳周期模式临界值为止。
  绿色节能是全社会的共识,对于电源行业更是责无旁贷的事情,作为国内电源行业的代表,金升阳科技有限公司在本次大会上就展示其最新的低功耗产品。根据对已有电源产品的分析,金升阳认为MOSFET的功率损耗是电源高功率的最大元凶。因此,他们研发了新一代的R3系列产品,具备五大创新特质。第一大创新是空载功耗低,从6W到20W,金升阳的空载功耗分别领先干市面上的大部分产品。第二大创新是轻载效率高,其输出效率比行业主流产品要高出10个百分点。第三大创新是启动时间段,较好解决了因为电源启动时间过长而引起的系统异常问题。第四大创新是具有多重保护功能。第五大因素则是高可靠性,得益于优秀的研发团队和质量管控平台,金升阳的产品有很好的质量保证。目前,金升阳已经与中国中车、艾默生、西门子等知名企业进行合作,连时下最潮的特斯拉汽车也采用了其产品。
  益登科技是Siliconlabs公司的重要合作伙伴,这次专门介绍了Siliconlabs公司最新隔离器产品。隔离器产品是工业应用中非常重要的一个部件,起着隔阻高压,信号耦合的作用。目前,市面的隔离器有光耦式、电容式、变压器和巨磁阻四大类型,Siliconlabs的产品属于电容式,采用了CMOS工艺,电介质是二氧化硅。最新产品Si8xx系列采用了0.25μm工艺制程,每个隔离通道有两个小尺寸的差分电容器,具备完全差分的、RF OOK调制技术,有很高的噪声抑制能力。Si8xx的主要使命是解决信号系统中的电源隔离问题,其提供了一个完整的信号和电源隔离的解决方案。配有4路数字隔离器,1OOMbps的数据传输率,集成的DC/DC转换器,采用外部开关时效率可达83%,提供了一个即插即用的解决方案。此外,益登还介绍了针对电源系统的隔离驱动器,用于驱动MOSFET或IGBT。独特的Si82xx隔离驱动器具有低延迟特性,使用寿命是光电介质产品的10倍,集成了增强的ULVO安全和DC/DC,可应用于汽车、太阳能等领域。   据说全世界的电能一多半都耗在电机上,所以要节能首先要做好电机驱动芯片。在本次大会上,意法半导体公司带来了STSPIN系列集成式电机驱动器。该系列产品组合包括一系列为驱动直流有刷电机、最高128微步的步进电机和三相直流无刷电机而设计的单片和系统级封装产品。它们集成了以极高精度高效驱动电机所需的所有功能,并且包括一个可降低主微控制器负荷的运动曲线生成器,同时通过一套全面的保护和诊断特性确保稳健性和可靠性。需要强调的是,许多STSPIN电机驱动器IC都已采用的自适应电流衰变控制方案,以及微步进电机驱动器中用于确保较高扭矩精度和运动平稳性的创新电压模式驱动。STSPIN电机驱动器IC可提供多种节省空间和散热优化的封装,为电机和运动控制系统提供优化的即用型解决方案。总结起来,STSPIN系列有四个特色:一是数字运动引擎,二是创新的电压模式控制,三是领先的电流模式控制,四是高度电源集成。在STSPIN系列出现之前,设计一个步进电机系统,要通过系统MCU控制专用MCU,再通过连接器来控制电机驱动器。而STSPIN的出现极大简化了系统架构,系统MCU通过SPI总线直接就能控制STSPIN,从而节省了很多部件,极大提升了系统能效。
  主打各种元器件的尼吉康公司本次大会的演讲题目是“电源电路设计中铝电解电容器的有效利用”。主讲人为听众细致讲解了电容器的技术特点,工作特性和使用注意事项。并且,着重介绍了电容器在电源中的正确配置方法。以开关电源为例,一次平滑电容器的市场需求是小型、大容量,高耐压,二次平滑电容器的市场需求则是小型、低ESR和高纹波。尼吉康在电容器方面进行了大量的投入,其对电容器的技术发展趋势有几个预测:小型化、长寿命化(通过改良材料的方式,原有产品的实际使用寿命从15年延长至40年)、高耐电压化(已有耐500V高压的产品),高纹波化(通过提高放热性和低ESR化技术)、快速充放电。目前,尼吉康已经对阳极箔、电解液和电解纸、结构几个方面进行细致的研究,并掌握了很多专利。其针对快速充放电负荷中的设备缺陷及早采取措施,开发了“保护箔结构”,当前已经消除了同样的缺陷,获得了用户的高度评价。
  东芝(Toshiba)公司在本届研讨会上介绍了其众多的功率器件,东芝的功率器件可以分成四类:Power MOSFET、SiC& GaN复合型材料器件、智能功率模块、IEGT东芝大功率器件。在功率MOSFET产品上,介绍了东芝功率MOS性能发展及封装技术的发展,其中,低压LV-MOS U-MOS系列已经发展到第八/九代产品,效率得到大大提升,在同等导通电阻下可实现更小尺寸,同时采用双面散热的新型封装技术。超级结(Super Junction)MOS DTMOS系列发展到DTMOS第四代,优化了内阻的温度系数,在所有的功率段都能保持较高的效率;在复合型材料器件产品上,东芝650V/1200V SiC SBD产品系列的VF的温度漂移较小,同等温度条件下,东芝TRS6E65C的VF低于竞争品,特别是小电流轻负载的条件下,东芝TRS6E65C的性能表现优于其他产品;在智能功率模块产品线上,东芝高压IPD可以适合干小功率直流无刷马达的应用,例如:变频空调、洗碗机、洗衣机等;IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor,即:栅极注入增强型晶体管)是东芝大功率IGBT的专用名,传统的IGBT结构所产生的阻断电压,会因为发射极侧N基区的阻抗,造成较高的导通损耗,东芝基于“栅极注入增强”技术,注册了专有产品名称IEGT,东芝IEGT提供PMI模块封装和PPI压接式封装两种封装,可应用于新能源、输配电、变频应用的整个产业链,例如,用于高速EMU的3.3kVPMI、用于重型EL的4.5kV PMI、用于炼钢厂高压变频器(电机驱动)的4.5kVPPI等。
  仙童(Fairchild)公司的专家以“高效电源解决方案”为标题介绍了Fairchild的先进产品和技术如何帮助电源设计人员实现高功率密度、高效率以及高可靠性的电源产品。在演讲中,Fairchild的专家主要介绍了Fairchild在超级结MOSFET,屏蔽栅极沟道MOSFET、场截止沟道IGBT上所具有的先进的技术以及封装技术。Fairchild超级结MOSFET已发展到第四代产品,2015年推出SuperFET III系列MOSFET,该系列产品具有超小的FOM,采用多外延片技术,可实现最大化系统效率。另外,Fairchild SuperFET II MOSFET系列提供600V、650V产品,PowerTrench MOSFET系列提供中等电压(40-200V)产品。Fairchild 1200V场截止沟道IGBT具有更快速开关性能以及更高的可靠性,在IGBT产品上,Fairchild还提供650V场截止沟道IGBT。除了先进的硅技术,在封装技术上,Fairchild推出了用于高电压MOSFET和IGBT的新型封装Power88和T0-247 4引脚封装,可减少栅极振荡和最小化开关损耗。Fairchild还提供更宽温度范围的PQFN MOSFET系列,其工作温度范围最高可扩展到175℃,功率密度最多提高85%,符合IPC-9592标准。
  要打造高品质电源,必须要有精密的测量仪器。本次大会上,几大测试测量厂商纷纷展示了自己的最新测量解决方案。
  从安捷伦到是德,作为电子测量行业的领军企业,是德科技已经连续多年参加《今日电子》的电源技术研讨会了。本年度的研讨会上,来自是德科技的专家、电源与能源事业部中国区市场开发经理饶骞以“电源完整性的测试和精确的功率分析”为标题,介绍了是德科技用于电源领域的测试产品及测试方案,内容包括:开关电源的分析和电源完整性测试、精确的功率分析、电源瞬态的仿真、电源热损耗测试。是德科技拥有超过50年的测试电源开发和生产经验,可以提供超过8大类、300多个型号的产品,功率范围20-200KW,可以满足无线及智能设备低功耗分析以及新能源领域的功率分析、电源/逆变器测试以及电池性能测试。在演讲中,饶骞不仅介绍了一些行业测试标准及具体的测试技巧,例如:电源纹波/噪声测试的主要考虑因素、汽车电子产品供电特性测试要求――IS016750、常用的瞬态电压仿真及测试标准等;同时介绍了是德新推出的一些重量级产品,例如,N8900系列5kW-200kW自动量程电源、具有超强功能的DC电源N6900/N7900系列先进电源系统(APS)、将精确的电源参数测量与触摸屏操控的示波器合二为一的IntegraVision系列功率分析仪、用于开关电源噪声测试的2GHz带宽有源纹波探头N7020A、集成多种测试仪器干一身的N6705直流电源分析仪等。   R&S(罗德与施瓦茨)公司的演讲题目是“利用R&S数字示波器应对电源测试挑战”,内容包括R&S数字示波器介绍、电源测试基础(信号探接技术和信号增强测试方法)、电源测试应用(纹波及噪声、负载瞬态响应、安全工作区验证、电源效率测试)、电源模块的EMI诊断以及R&S最新的USB-PD方案简介。在示波器信号增强测试方法中,介绍了R&S独特的16Bit HD高分辨率示波器为用户带来的价值:更高的垂直分辨率帮助获得更多的信号细节和更精确的测量分析结果;更高的触发分辨率可以实现在小的信号细节上实时触发。众所周知,示波器是电源测试中最常用的一类仪器,R&S虽然在示波器市场是一个后来者,但凭借着多年在射频通信领域的经验积累及严谨的态度和高投入研发,研制出的产品堪称后来居上,在性能和功能上毫不逊色。例如,R&S示波器采用IOGS/s单核ADC、具有μV级低噪声模拟前端、可实现低至ImV/div全带宽可调增益放大器以保证在信号保真度上的突破创新,示波器具有>60dB通道隔离度,有效比特位(ENOB)超过7bit(HD模式关闭)和9.4bit(HD模式开启);同时,R&S专有的硬件实时数字触发系统实现信号采集和触发通过同一的通路完成,可以确保触发的实时性和准确性,创新引入触发迟滞功能,克服噪声对触发的影响,同时还可以实现时频域联合触发。
  来自鼎阳科技的示波器专家汪进进以“探讨电源测量中的两大难题”为标题,介绍了备受电源工程师关注的开关管的电压应力“测不准”问题和电源纹波/噪声“测不准”问题。汪进进指出,由于人们对电源成本及电源效率的不断提升的要求,开关管的电压应力测试和电源纹波/噪声测试是电源工程师广泛关注的两个测试难题。电源纹波可以理解为电源模块本身输出电压的波动,和复杂的供电网络无关;而电源噪声则是指电源模块工作在实际产品系统中,经过供电分布网络将电源能量输送到芯片管脚处,在芯片管脚处的电压的波动。测量难点主要在于上半桥和下半桥的漏源极电压Vds、驱动电压Vgs、输出二极管反向恢复电压、输出纹波电压、动态恢复特性。很多工程师都会在这两个测试项目中受到“测不准”的困扰,汪进进指出,测不准的影响因素有很多,示波器的采样率、带宽、量化误差、插值误差、探头及测试环境都会影响测试准确度。汪进进透露,要想测的准,即实现高保真信号捕获,要实现6个基本原则,即选择合适的带宽:带宽并不是越高越好;最小化量化误差:尽量让波形占满栅格,充分利用ADC动态范围;时刻警惕采样率:要过采样而不要欠采样;捕获信号的全貌:保证捕获信号的时间长度包含完整频率成分;用特别获取模式:运用顺序模式,滚动模式,随机采样模式,波形滤波等,要注意它们的优缺点;减少探头的影响:考虑到探头的负载效应,减少地线环路。接着,汪进进介绍了鼎阳科技的智能示波器SDS3000在电源测试中的优势,他认为,SDS3000是一款可实现“人手一台”的靠谱、好用、划算的示波器。
  艾德克斯(ITECH)的演讲题目是“精准高效:艾德克斯在电源测试中的完整性解决方案”。艾德克斯起源于美国,是拥有超过60年悠久历史的仪器仪表品牌,致力于功率电子测试领域相关产品和解决方案的研究。ITECH产品为高精度产品,主要定位于工业、科研院所、军工单位以及航空航天等领域。在演讲中,来自艾德克斯的测试专家介绍了一些典型电源测试项,例如:动态测试、电压上升/下降时间测试、欠压/过压测试、稳定性测试、抗干扰测试、浪涌电流测试等;同时介绍了艾德克斯的一些电源测试案例,例如:LED电源PWM调光测试案例、充电器测试、车载充电机/充电桩测试系统等。最后,还介绍了艾德克斯在电源测试中的明星产品,有ITS9500电源测试系统、IT7300可编程交流电源、IT6500可编程直流电源、IT8800/8700/8900可编程直流电子负载、IT6412双通道双极性直流电源等。
  除了这些一线厂商们的主题演讲,今年还照例邀请了几位特别嘉宾。来自深圳的初创公司鸿智电通介绍了自己开发的手机快充芯片,两位电源会的老朋友,上海的颜重光老师和北京路秋生老师则从不同角度解读了LED智能照明与控制。他们的演讲都得到了观众的高度关注。
  回顾本次电源大会,给人最深的感受就是参会人员对技术的渴求,虽然现在处在产业转型的时刻,但只要大家对电源行业的关爱没变,更精彩的局面就会在前方等着我们。
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