解讀電源三大熱門領域的技術方案　

作者/ 迎九　王金旺《電子產品世界》編輯

摘要：在智能化 、網絡化的當下時代，各種新型電子產品層出不窮，而在各電子產品中，電源模塊一直都是不可避免的課題，隨著新材料和新工藝不斷涌現、不斷發展，電源模塊的的各方面性能也不斷得到完善。本次專題就功率器件、光伏和隔離器三個方面，邀請業內專業人士共同探討電源的發展和革新。

功率器件與電源模塊

　　電源管理器件需要小尺寸提供高效率

　　開關穩壓器的控制方式一般采用電流控制模式，但是負載電流變動的過渡響應特性有時達不到要求的規格。作為解決對策，可使用滯后控制方式的開關穩壓器，該穩壓器屬于滯后控制中的一種固定導通時間控制，可反饋輸出電壓生成的紋波電壓波形，并用比較器比較紋波電壓底部和基準電壓后進行開關控制，據此將輸出電壓保持到一定水平。反饋電壓低于基準電壓時，生成單脈沖并導通高邊開關，從而從輸入端向輸出端供應電流。用比較器單純地進行比較并逐次進行開關控制，幾乎沒有反饋控制的時間遲延，所以與電流控制模式相比，可獲得更快速的過渡響應特性。

　　H3Reg^TM控制是固定導通時間控制的進化版，是ROHM獨有的控制方式。負載電流急劇增加時，輸出電壓降低;在超過反饋電壓決定的導通時間，輸出電壓也未能超過基準電壓時，通過延長高邊開關的導通時間提供更多電力，加快輸出電壓恢復的速度。據此，可得到比固定導通時間控制更快速的過渡響應特性。另外，由于負載急劇變化時，開關次數少，所以可減少噪聲發生。

　　工業應用

　　工業應用電源多需要高電壓降壓轉換器，以較小的方案尺寸提供高效率，ROHM利用尖端的功率系統工藝和垂直統合型一條龍生產線，面向非常重視可連續工作的可靠性和長期穩定供應的工業設備市場，開發出眾多新產品。例如，ROHM面向需要大功率(高電壓×大電流)的通信基站和工業設備領域，開發出耐壓高達80V的MOSFET內置型DC/DC轉換器 "BD9G341AEFJ"。BD9G341AEFJ"采用功率系統工藝0.6μm的高耐壓BiCDMOS作為非絕緣型DC/DC轉換器，實現了80V的業界高耐壓水平，在ROHM的DC/DC轉換器產品陣容中，也是耐壓最高的產品。利用ROHM擅長的模擬設計技術優勢，在80V級的DC/DC轉換器中，還實現了業界較高的轉換效率。與一般產品相比，本產品即使輸出引腳發生意外短路(接觸)，也可通過保護電路抑制發熱，從而防止產品受損，因此，有助于提高應用產品的可靠性。不僅如此，這些優勢僅通過簡單的小型8引腳封裝即可完全實現，可減少安裝面積和周邊零部件數量。

　　用高密度提升產品性能

　　Vicor以磚式或模塊電源聞名。相比于很多IPM(智能功率模塊)和功率器件等產品，Vicor做的是模塊化電源系統。而IPM，通常是功率器件或電源器件與控制芯片的集成。相比后者，Vicor的磚式或模塊的集成度更高，里面有功率器件、控制芯片與很多信號調理電路，利用獨特的拓撲結構，實現高密度、高效和高可靠性。

　　Vicor高密度產品

　　Vicor的AD/DC集成方案是內部的兩級拓撲，前級是零電壓開關的升降壓轉換器，后級是零電壓零電流的母線轉換器結構。一般的電源轉換器都是兩級結構，而Vicor與一般產品對應的是單級變換，因此，Vicor的優勢是成本較低。但單級效率不太容易提升，Vicor現在的DC/DC已經是兩級，使效率和密度都上去了。

　　另外，Vicor的ZVS buck(零電壓開關)轉換器采用軟開關技術的降壓芯片，不僅如此，升降壓、升壓等也都是零電壓開關，因而損耗低，開關頻率可以做到1MHz以上的高頻。

　　數據中心：48V直轉CPU

　　Vicor已經為Intel VR13 48V做了很多年產品。2016年3月9日，谷歌發布基于48V的方案，并在OCP(開放計算項目)上宣布采用了Vicor方案。另外，在今年召開的Facebook OCT會上，已有客戶明確提出采用48V方案。與此同時，國內也有一些廠商在做48V轉CPU方案了。

　　目前，本土會有試用48V轉CPU方案。國外已出貨幾百萬片(例如谷歌等)。實際上，國內的天蝎2.5已包括48V電源，但是48V轉12V，預計天蝎3.0今年會發布，有可能直接接到CPU，有可能有48V母線選項。

　　具體地，Intel的VR13是對CPU的電壓調整(VR)規范，涉及動態響應、電壓調整精度、負載線變化等，指標非常嚴格，近乎苛刻。所以入圍Intel VR13的朋友圈已經實屬不易，而Vicor卻可以提供成熟應用的方案。

　　實際上，48V轉CPU的電壓效率，與12V轉CPU的效率差不多，但是輸入48V進來，反向的損耗或母線排上的損耗減少會很多，電流只有其1/4。

　　工業用電源及電源管理器件的新進展

　　隨著各大行業的飛速發展，對工業電源的可靠性、容量/體積比、安裝等要求越來越高。對此，工業電源的發展有以下幾個方面的趨勢：1)更高功率密度，不斷提升轉換效率、可靠性;2)便于安裝和擴容，簡化應用;3)應用數字信號控制技術，形成與外界的數字化通訊接口;4)提高集成度，走向智能化。

　　作為工業設備核心器件的工業電源當以市場需求為導向，著力突破制約電源發展的關鍵電路設計與制造技術。

　　金升陽各系統中的應用方案

　　近幾年，金升陽以解決客戶在實際應用中遇到的諸多難題為目標，利用數百項專利技術，針對智能電網、新能源、軌道交通、醫療、充電樁等領域開發了一系列行業專用電源，并已經成功地應用在各個系統中。如：

　　智能電網領域：發電環節，配合新能源開發，PV系列電源針對1500V光伏系統研發，適用于光伏匯流箱、光伏逆變器等系統;變電環節，PV45系列電源針對SVG行業研發，可直接從高壓母線取電給控制系統供電;配電環節，MBP系列充電電源適用于DTU、TTU等系統;智能管理環節，LS/LD系列AC-DC電源應用于智能電表、儀器儀表中。

　　軌道交通領域：6-150W URB1D/URF1D系列DC-DC電源滿足EN50155鐵標認證，適用于72V、96V、110V 的鐵路車載電子設備以及軌旁電氣設備，如鐵路監控設備、空調控制器、信息顯示屏、門控系統等。

　　醫療領域：G(H)_S系列DC/DC電源和LH-MU系列AC-DC電源滿足第三版醫療認證，適用于注射泵、多功能監護儀、營養箱等診斷類或輔助類醫療器械。

　　充電樁領域：CAN/CAN-FD/RS485系列通訊模塊、寬壓DC-DC模塊、LO/LM/LI系列AC-DC模塊等適用于直流充電樁和交流充電樁系統。

　　汽車電子領域：CF系列DC-DC電源符合AEC-Q100設計標準，適用于車用通訊系統電機控制器、發動機控制系統、電池管理系統(BMS)等系統。

　　電源管理的智能化是大勢所趨

　　Maxim Integrated TTS Asia應用工程師經理魏智認為，電子產品小型化是許多領域的共同主題，消費類電子從便攜到可穿戴;工業4.0帶動了尺寸更小、功能更強大的uPLC需求。輕、薄、小是各大品牌推廣產品的關鍵詞，而支撐市場發展的背后離不開電源管理技術的進步。功率密度的不斷提升，電源管理的高度智能化是電源技術發展的大勢所趨。無論是大功率數據中心、中等功率的工業應用，還是低功耗便攜設備，單位面積能夠產生的輸出功率都是非常重要的指標。為此，我們始終在先進工藝、封裝技術、設計和系統架構上不斷創新。Maxim最新推出的MAX17222 nanoPower boost，具有業內高效率和300nA低靜態電流(IQ)，相比同類產品可減少多達50%的方案面積，并提供95%的峰值效率，使發熱降低。幫助可穿戴及消費類IoT設計在更小尺寸內實現更強大的功能與性能，獲取更長的電池壽命。

　　低功耗系統管理

　　提升吞吐率是工業、數據中心、消費類電子，甚至汽車電子等應用領域的關鍵，而實現這一目標的核心技術在于低功耗系統管理。電源管理器件是Maxim銷售收入的重要來源，我們不僅在消費類產品提供領先的解決方案，同時也致力于汽車、工業、通信和數據中心等應用領域的創新技術，提供高性價比電源產品。

　　在汽車領域，電子零部件使用比例的增加不僅帶動了PMIC需求的上升，還促進了汽車銷量的提升。同時，電動和混合動力汽車也對PMIC提出了新的需求和挑戰。Maxim的汽車電源可以工作在低至3.5V，甚至2V的輸入電壓環境下，同時可承受高達40V/42V的拋負載電壓。99%的占空比確保汽車起停或冷啟動是保持穩定的輸出電壓。較高的工作頻率以及擴頻模式，既可避開對AM波段的干擾，又可以解決EMI問題，并允許使用小尺寸外部元件。

　　在大數據和云計算領域，數據中心的革命正在進行——越來越多的企業服務器遷移到了云端。這一革命驅動著新系統架構和商業模式的衍生，并推動著云計算和大數據應用對PMIC需求的提升。Maxim的電源管理方案能夠幫助用戶從容應對這一挑戰。

光伏

　　中國市場需要創新應用

　　中國光伏市場的起步略滯后于國際上領先的歐美國家，但發展迅猛，在相當短的時間里，集中式逆變器技術和電站安裝量都處于世界領先地位。集中式逆變器技術發展來自于專業的光伏逆變器企業，以及不間斷電源和風電變流器企業。他們在市場迅猛發展靠的是以前的技術積累，而且這些年輕的企業有著很強的創新精神，沒有沿襲國外逆變器的傳統設計，而采用了來自英飛凌的新技術，如PrimePACK?3和 EconoDUAL?3等功率半導體新技術，使得中國光伏逆變器的市場競爭能力前所未有地強大。

　　光伏系統朝著1500V直流方向發展，針對新的應用，我們會準備全新的技術方案。采用IGBT5 .xt技術的新一代PrimePACK?3可以使得單機容量做到1MW以上，真正體現1500V光伏系統的價值。為推動1500V光伏系統技術，我們在和有設計咨詢能力第三方實驗室及認證機構合作，服務于整個產業鏈。