从“POWER BY LINEAR”讲起

日期:2018-08-27

 

日前,ADI在北京举办“电源产品与技术媒体见面会”,ADI电源产品中国区市场总监梁再信(Lorry Liang)与媒体分享了电源领域的最新信息与行业应用趋势动态,以及ADI领先的创新电源技术。他从“POWER BY LINEAR”讲起,解读了ADI公司通过创新的高性能电源技术,帮助用户解决电源设计棘手挑战的优势所在。
 
“POWER BY LINEAR”引领创新
梁再信首先强调说,提到ADI的电源,人们第一个概念就是三个维度:小尺寸、非常高的效率以及非常低的EMI,但这不是“POWER BY LINEAR”的全部,因为在ADI和Linear合并之后,电源产品超过了一万种之多,从市场、技术引导和公司未来方向来讲,“POWER BY LINEAR”这个子品牌体现了ADI功率产品未来的发展方向。
从整个市场来讲,热点和新的市场机会大家耳熟能详,比如区块链、比特币、自动驾驶、汽车电子应用、下一代通信互联技术,还有中国的“智能制造”,以及沉浸式、体验式虚拟现实消费感受和体验、医疗和相关应用。这些热点推动了技术的发展,也是每个高科技公司都会花时间去研究和追逐的,因为在创新领域才有无限的可能去拓展自己的版图。
两家公司的合并在工业、通信和汽车领域高度一致和重合,产品有非常好的可靠性、性能以及较长时间和稳定性。从电源来讲,因为Linear的加入,增强了ADI在电源领域的实力和产品线。所以,ADI有种类非常多的产品,可以支持热点市场和领域。接着,他针对工业、通信和汽车,向媒体介绍了ADI对相关市场的看法和各种创新。
 
加速推进工业4.0
据梁再信介绍,ADI约40%的电源生意来自于工业领域。工业4.0真正的本质和基础是考虑如何提供实时控制、软件可配制I/O,还有所有设备的可靠性、安全性和健康。ADI在工业4.0涉足的几个方面包括灵活度、效率、通信、安全性、可靠性等,而工业4.0涉及到的范围和产品应用是多方面的。所有工业产品的应用都离不开电源。在上述三个维度,ADI能够提供非常强大的支持,推出一系列创新产品来满足不同应用领域的要求。
创新的一个例子是典型马达控制系统,马达的电压都很高,如220、380伏,汽车上可能更高,400、500伏。在马达驱动中,安全性非常重要,所以在高压和低压侧需要一个隔离电源,隔离高压和低压之间的互联,确保系统的安全性。同时,因为整个系统的EMI、噪声对系统的稳定性都非常关键,系统功耗也是一个问题。过去都会用二极管,对于高电流应用,用普通的二极管有很多弊端。ADI的理想二极管通过对MOS管电路的控制,能够实现非常低的压差。这能够大幅度降低功率损失。好处一是可以减少功率损耗,二是系统的压差可以得到极大缩减,功率器件不需要散热,同时提供了系统可靠性,增强了整个系统效率。
创新的第二个例子是解决EMI问题的探索,推了Silent Switcher技术的开关电源,从工程物理的角度实现了突破和创新。它在芯片设计上做了两个反向的电优化,两个反向回路的最大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。在微观上,不再用金线去绑定内核,而是用倒装的方式缩减电流,能够让EMI降到最低。通过一系列工艺的优化,就得到了非常好的EMI性能,可以满足CISPR25 EMI标准。
 

 
采用Silent Switcher,在2安或者2MHz时候,纹波只有5毫伏左右,不仅缩减了EMI,还解决了噪声的问题,让系统的可靠性、稳定性做得更好。Silent Switcher是全球电源技术过去几年最大的创新,它是一个技术平台,未来“POWER BY LINEAR”产品都会尽可能的往这个技术平台上迁移。
在工业领域,需要隔离高压和低压的隔离电源,靠的是变压器输出的反馈,已经用了几十年,但是电源比较复杂,可靠性难以保证。ADI推出了一个新的概念:一个隔离电压控制器、一个控制器、一个变压器,没有反馈和光耦,输出也非常简单,一个二极管加一个滤波电容,性能还不错,即使没有传统的反馈,输出也可以做到0.5%的精度,效率达到90%以上,这个LT8301在隔离电源领域是一个突破。
 

 
梁再信说,工业设计中密度和板卡的复杂程度越来越高,人机界面、控制、回路、软件可靠性、系统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,帮助客户缩减电源电路板的尺寸和电路设计的复杂程度呢?ADI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那样简单来用就可以了,效率也非常高。比如LTM4668,高度集成是其卖点,面积6.25mm X 6.25mm,厚度只有2.1mm。它可以把不同输出并联在一起,得到不同电流组合,这样客户就不需要准备那么多器件,实现生产的可靠性,帮助客户节省物料,对工程师来讲应用非常灵活。
 

 
他表示,这些产品能够极大地帮助客户灵活地设计系统,进一步提升系统安全性和可靠性,让工业的产品更加稳定。
 
实现更安全自动驾驶未来
梁再信认为自动驾驶和汽车领域最重要的一个关健词就是安全。无人驾驶技术、无人工厂、驾驶辅助系统都与人的安全息息相关。激光雷达、普通雷达、相关测量测控单元是未来自动驾驶和无人机非常核心和关键的平台。
“POWER BY LINEAR”是怎么支持这个领域的发展呢?他介绍说,因为雷达和激光雷达的精度和性能、稳定性非常重要,所以针对雷达、射频、高频应用,ADI推出了全球噪声最低的几款电源:LT3042、LT3045,噪声雷达只有0.8微伏,与电池差不多。正是这样技术的推动和发展,使ADI能够为自动驾驶领域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技术也可以使用。
 

 
汽车领域的创新还包括新的概念PoDL(Power Over Date Line),ADI发起和主导了这个标准。在未来汽车中采用以太网连接,可以节省非常多的电缆施工和重量,提高可靠性,降低施工的难度。PoDL的意义就是通过车身总线传递所需的电力。他认为PoDL有可能变成一个标准,这是新的机会和转折,因为这有别于传统汽车概念。
ADI在自动驾驶方面也做了一些尝试,比如比较流行的概念启灯式大灯,奥迪A8前面有一排不同的灯,每个灯单独控制,以解决汽车的安全性问题,汽车在道路上行驶时,系统可以通过计算机控制、总线来控制LED矩阵。然后把对应车位置的那个LED灯给关掉。这样做的好处是可以继续照亮其余部分的道路,同时不会晃到对面来车和人。这个技术已经推向市场,有助于更安全地在未来自动驾驶和自动化程度越来越高的场合下解决安全性问题。
 

 
谈到新能源汽车,梁再信介绍,LTC3300、LT8584,可以对汽车的电池做均衡,让电动汽车能够驾驶得更安全。另外一个热点从12伏直接提升到48伏,ADI也对技术做了储备和探索。
 
应对通信领域挑战
梁再信介绍5G通信时表示,每一次通信的迭代,不管是射频器件还是电源器件都有ADI的产品。5G的通信首先是需要非常高的功率密度,三个运营商建三个塔非常浪费,如果放在一起也是非常大的挑战,需要实现基站系统的开发,需要非常高的可靠性。
ADI过去几年研发了一个没有电感的转换器,用电容通过4个MOS管去做电压转换,在2.8 X 2.8cm的面积可以输出48伏到24伏,500W。在全范围可以做到99%的效率。因为在这样的场景下,电感的损耗是最大的,通过技术把电感去掉,而是用电容来替代,因为电容的转换要小很多。其优点是效率非常高,可以做到99%的效率,还可以往12伏转,97%以上的效率,这是传统电源做不到的。但是它有一个缺点,用电容来做能量的转换,输出是不可调压。新一代的产品LTC7821混合转换器把一个用电容做能量传输的电路和标准降压电路整合起来,变成一个混合电路,可以做到97%的效率。
 

 
此外,电源模块也可以应用在这个领域,因为DSP和FPGA内核的电压比较低,功率比较大,对输出电压的稳定性要求比较高。针对这样的应用,ADI推出了一系列带PSM、数字接口的电源模块,可以记录电压、电流、温度等,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。
ADI最近推出了150瓦PoE解决方案,国际标准刚刚超越25瓦,开始迈向60、70瓦。其最大好处是有助于通信的应用和布局,这一个通信方面强有力的技术平台。
 
助推到高效、清洁和可靠能源过渡
梁再信说,国家电网、智能电网,包括电动汽车,都离不开能源传输。智能电网相关的配套服务,可穿戴设备上产生能量的采集,优化能源的转化和储备,对电源来讲都必须要去面对。
举个例子,国家电网传输塔通常都会装一个FCI监控参数,高压电塔更换电池很困难。ADI有非常完整的解决方案,从模拟链路、信号采集到供电,用得最多的是太阳能供电。ADI有带MPPT的专门器件,用太阳能对电池充电,在同样光照情况下获得最大太阳能能量。
在供电方面,很多系统不能断电,一定会用到备份电源,现在是用超级电容,但是超级电容的能量有限。ADI也推出了一系列器件,比如LTC3350可以对四个法拉电容进行监控,不仅对电容做平衡、充放电管理,还可补充电容的内阻,甚至当电容不平衡、容量有变化的时候,自动对所有电容做能量均衡。这样的器件在供电和安全性、后备电源上都是非常好的应用。LTC4041是两串的,可实现比较好的均衡控制,提升安全性。
在能量采集方面,如穿戴式设备应用,充电是一个问题。ADI在这个领域有一个突破,推出了一系列的产品。例如LTC3108温差发电控制转换器件,10伏的温差可以产生60微安的电能,但它所带来的温差,传统开关电源没有办法转换成3.3伏,ADI的器件能够做到。LTC3588是振动换能,发生抖动的时候,最典型的应用是在振动片上,0.25G,40赫兹振动,会产生250微安电能。这样的概念和思路有助于传感器、物联网节点实现终生免维护。
 

 
梁再信最后表示,在工业、汽车、能源行业,灵活性、效率、通信、可靠性、数据安全都非常重要。总的来讲,电源是一切的基础,电源的品质和可靠性对系统非常重要。ADI非常关注器件本身的可靠性,因为任何产品都有等级、不同性能,ADI是业界第一家承诺只要带棕色小圆点的参数都是全范围的,ADI的测试标准非常高。
他强调,“POWER BY LINEAR”考虑的是如何创新,如何实现高性能的方案,能够提供全球最好的技术支持,提供最好的可靠性和稳定性。
www.analog.com
 

订阅我们的通讯!

电子邮件地址