作为电子器件的关键设备,电源管理芯片的性能优劣极大的影响电子产品的性能及可靠性,广泛应用于各类电子产品和设备中,是模拟芯片最大的细分市场之一。随着电子产品的种类、功能和应用场景的持续增加,微型化、集成化、高效率、低功耗、数字化及智能化、高可靠性、高安全性成为电源管理芯片的重要发展方向。
在国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shenzhen 2023)期间举办的“第26 届高效电源管理及功率器件论坛”上,ADI、英诺赛科、必易微、茂睿芯、环球半导体、Nordic、村田(中国)与广大工程师朋友一起,共同探讨了电源技术的最新发展趋势,及最新解决方案,共同助推电源产业创新发展。
目前在设计电源的过程中面临三大挑战,分别是小型化、高效能以及电磁辐射的问题,黄单单解决其中一方面的问题相对容易,如想提高效率,可以用很多管子并联,或者是用一些软开关的技术,但会增加面积,也有可能整板EMC的设计会遇到挑战。
所以如何既能减小面积,又能提高效率,又有比较好的电磁辐射,是电源设计一直面临的挑战,也是大家希望能够同时解决的问题。
ADI亚太区电源市场经理黄庆义表示,在解决以上三大挑战方面,ADI有着多年的积累,并已推出了多款创新产品,黄庆义在演讲中分享了ADI比较Silent switcher技术,以及ADI模块技术的演进,并介绍了ADI的电源是如何给ADI高性能信号链供电,如何提供整体的解决方案。
随着用电设备的不断增加,需要处理的数据越来越多,分布式的架构已经不能满足我们的需求,在这时候供电架构也会从分布式架构逐步再增加一级,成为中间的母线架构,通过增加一级中间母线来提高它的整体功率输出。
供电架构的发展就是怎么样把功率更有效地传递到后面,但是它的整体效率和功率密度的提高,还是取决于单个供电的组件或者供电模块的发展。
据英诺赛科产品应用高级主任工程师黄锋表示,功率半导体目前已经成为了整个能源电子发展的瓶颈,换而言之,功率半导体目前也是整个功率电子的支撑,因此市场需要更高效的功率半导体来为绿色能源、储能、智能电动、消费类的电源、数据中心提供保障。
黄锋在高效高功率密度的模块上介绍英诺赛科氮化镓技术上的进展及优势,并介绍了英诺赛科氮化镓在LLC-DCX方面做的一些研究,以及英诺赛科的产品。
当前,电机的下游应用市场不断扩大,单相直流微电机从早期的机械换相过渡到电子换相,从有刷过渡到无刷,这个时候换相的性能决定了电机控制或者驱动的好坏。
传统的直流有刷电机,在换相的过程中高速运转,而换向片和碳刷不停地磨损,会产生拉电弧的现象,也会产生高频噪音,这样就会造成一些噪音辐射。基于这个问题,必易微在单相无刷直流电机中进行优化,采用了一些换相的软切、智能自适应换相,实现从有刷电机切到无刷换相技术。
必易微电机驱动线总经理孙江透露,除了单相的产品,必易微也在做三相的产品,如正在内部测试的三相无感芯片,主要目标市场是针对低压、低噪声,主要是面向NB的散热器解决方案。
到目前为止,茂睿芯拥有7条产品线,从功率范围来看,不管是几十瓦的手机PD快充,到几千瓦的户外电源或者是户用储能,到上百千瓦的直流充电桩,现在都有芯片在量产。其产品能覆盖到消费、工业、汽车领域的大部分应用。
据茂睿芯(深圳)科技有限公司技术市场高级经理周银介绍,最近一年来茂睿芯主要研发投入的三个部分,分别是千瓦级模拟电源、光储系统、汽车域控部分的解决方案。并详细地阐述了茂睿芯产品的优势以及和友商的对比。
据介绍,无锡博通微电子(环球半导体)是国内首家也是唯一一家现在量产的拥有数字技术的电源解决方案设计公司,拥有自研核心技术,如100V BCD工艺、数字电源芯片架构、Mutil-Channel驱动技术、6倍峰值功率电源技术等,同时环球半导体也是国内首家采用原边解决恒功率的电源厂家。
据环球半导体销售总监黄禧介绍,在解决电源的高功率密度方面,环球有自己的几个措施,首先,环球半导体采用了定制的或自研的DFN封装,能更好地满足散热的需求。第二,环球半导体是国内首家采用超结MOS的厂家,采用数模结合的方式,可以很好地解决超结MOS的EMC问题,外围电路比较简单,整体可以缩小方案的体积,提高电源的功率密度。
据黄禧透露,环球半导体将于明年隆重推出的工业级、车规级的CAN或者Link的接口芯片,它可以支持低功耗,还支持12V和24V的系统,同时它要保证高达5M以上的传输速率。
从1983年成立以来,Nordic一直在做低功耗无线产品,从900MHz发展到2.4GHz,再到电源管理的系统。一家以低功耗无线为主要技术路线的公司为何要做电源管理呢?
Nordic亚太区技术市场经理林建鸿表示,Nordic从2000年就已开始研发系统级芯片,其中就包含了嵌入到系统级芯片里的电源管理芯片。对于小功率的电源管理在系统里面的重点应该放在哪里?Nordic从系统、产品的角度为电源管理芯片带来一些新思维。
首先,加入了独有的系统管理功能,把所有的功能整合在一起;第二Nordic用一个简单的软硬混合的方式去做实现,编程简单易用;第三,Nordic SoC和SiP在硬件和软件方面都已经跟电源管理芯片配搭好,其电源管理芯片可以用在任何系统,也有详细的指导。
林建鸿表示:“我们的产品除了寿命更长,还有成本更低、尺寸更小,可靠性更提升的特点。”
传统的电荷泵电路在容性的功率转换有着一定的功率损耗,通过进一步的计算会发现,无论开关的阻抗是多大,损耗是固定的,都会损失掉一半的功率,这种损耗叫做容性的电荷再分布损耗。村田(中国)投资有限公司电源产品专家杨宁表示:只要我们在电荷传输的时候两端有压差,就会出现这种损耗。但如果采用电流源的方式来进行电荷的转换,就可以避免这种情况。
在论坛上,杨宁分享了什么是电荷泵电源,他指出如果电荷泵电源如果不对电荷损耗控制,它的效率难以保证。村田采用ZVS和两级架构,使得它的效率得到极大的改善,同时村田的电荷泵家族产品里面既有电源模块方案,也有PMIC方案,电源模块方案里面既有稳压输出的模块,同时也有比例分压的电荷泵模块,而PMIC方面既有稳压输出的PMIC,同时也有单纯的比例分压器的PMIC。
据介绍,目前村田电源在电源转换方案上提供了从AC输入端开始一直到最终系统负载的全部的功率转换方案,有AC/DC,以及常见的18V转12V、5V的DC/DC产品,甚至包括数据中心使用的电源框、电池框等等产品,以及做进一步电压转化的电源产品。
村田目前的功率半导体家族产品有7个系列的产品,分别是UltraBK、FlexiBK、UltraCP、FlexiCP、LED Boost、MonoBK、PickBK。