面向新基建，ADI提供三大類電力電源方案

作為全球高性能電源解決方案領先提供商，ADI 提供了門類寬泛的電源轉換和管理 IC 產品庫，涵蓋5G、數據中心、工業物聯網、汽車充電樁、特高壓等所有的新基建領域。

這里我們從三個方面進行分享。

ADI公司 電源系統工程總監 梁再信

一、完整的系統級封裝電源管理解決方案

以數據中心為例，新基建中多種應用對供電系統都提出了苛刻的要求。今天，數據中心被認為是能源消耗最嚴重的新基建基礎設施之一，減少數據中心的能耗、提高能效對于建設低碳環保綠色社會至關重要。如何提高數據中心能效還便于優化熱學設計，降低供電系統尺寸和成本。

此外，穩定可靠電源供應能力是新基建數據中心建設中的一大痛點，特別是在狹小空間內實現各類處理器，像ASIC、CPU、FPGA低至0.6-0.8伏的核心電壓與50-800安培超高電流高穩定性供電系統設計的極具挑戰性，需要頂級的電源的高可靠性和高效的DCDC轉換解決方案來實現。

ADI的μModule^? (微型模塊) 產品是完整的系統級封裝 (SiP) 解決方案，可最大限度縮短設計時間，并解決工業和醫療系統中常見的電路板空間和安裝密度問題。這些 μModule 產品是完整的電源管理解決方案，其在緊湊的表面貼裝型 BGA 或 LGA 封裝中內置了集成化 DC/DC 控制器、功率晶體管、輸入和輸出電容器、補償組件和電感器。在設計中采用 ADI 的 μModule 產品，最多能使完成設計過程所需的時間銳減 50%（取決于設計的復雜程度）。μModule 系列將組件選擇、優化和布局的設計負擔從設計師轉移到了器件身上，從而縮短了總體設計時間和系統故障排除過程，并最終加快了產品上市速度。

μModule 產品系列廣泛適合于眾多的應用，包括負載點穩壓器、電池充電器、LED 驅動器、電源系統管理 (PMBus 數字控制式電源) 和隔離式轉換器。μModule 電源產品是高度集成的解決方案，可為每款器件提供 PCB 光繪 (Gerber) 文件，因而能在滿足時間和空間限制條件的同時提供一種高效、可靠的解決方案，某些產品還可符合 EN55022 Class B 標準以達到低 EMI 要求。

以μModule 產品系列中的LTM4700 降壓型 DC/DC 電源穩壓器為例：LTM4700兼具同類產品最高功率和用以降低數據中心基礎設施冷卻要求的高能效，使得數據中心運營商能夠提高其服務器的密度和性能；可提供雙路 50A 或單路 100A 配置，采用的創新封裝技術實現了在服務器密度增加以及數據中心吞吐量和計算能力提升下，對系統尺寸和冷卻成本的影響微乎其微；LTM4700 在 4.5V 至 16V 的輸入范圍內工作，其輸出電壓在 0.5V 至 1.8V 的范圍內進行數字控制；集成式 A/D 轉換器、D/A 轉換器和 EEPROM 使得用戶能夠采用一個 I2C PMBus 接口對電源參數進行數字監視、記錄和控制；開關頻率同步至一個頻率范圍為 200kHz 至 1MHz 的外部時鐘，以滿足那些對噪聲敏感的應用；等等。LTM4700 還擁有針對過壓和欠壓、過流和過溫等故障情況的自保護和負載保護功能。

值得一提的是，μModule電源模塊解決方案不僅適合當前新基建的數字中心建設，還同樣適合汽車、工業在內的廣泛系統。

二、低EMI特性的通用電源DC/DC轉換器

包括各種新基建相關的產品在內，開關電源獲得各種電子系統廣泛的應用，在滿足系統的高效率、低功耗、小尺寸的同時，這些系統還需要具備能通過諸如CISPR 32和CISPR 25在內的各種抗噪標準的電子輻射要求。

然而，電源被電源設計中空間尺寸、設計時間、效率、EMI行為或瞬態行為等設計參數的平衡極具挑戰性，因為優化一個參數意味著犧牲一個或多個其他性能。業界一直在尋求一種辦法，通過在集成單片DC/DC轉換器中實現了一些通用的改進和巧妙的設計理念，使電源設計人員能夠再不犧牲效率、EMI特性或瞬態性能的情況下實現最佳的設計時間和設計空間。而Silent Switcher就是這樣的轉換器改進和巧妙設計理念的應用，它是ADI從工程物理的角度實現的突破和創新，它在芯片設計上做了兩個反向的電優化，產生閉合的磁力線，減小對外界EMI的干擾，幾乎消除了不可預測且難以濾波的高頻噪聲。同時，利用倒裝的方式替代傳統的用金線去綁定內核的方式，從而縮減電流，讓EMI降到最低。通過Silent Switcher技術，可以輕松滿足CISPR25 EMI標準，而無需做太多優化。第二代Silent Switcher 增加了內部旁路電容器和集成度，進一步改善了對PCB布局不敏感的EMI，簡化了設計，即使使用雙層PC板也能降低性能風險。

Silent Switcher技術有效地實現了以下電源設計的關鍵特性，從而其功能和優勢將使開關模式電源設計更容易滿足CISPR 32和CISPR 25等各種抗噪標準要求：

●  能夠在大于2 MHz開關頻率下進行高效轉換，并且對轉換效率的影響最小。

●  內部旁路電容減少EMI輻射并提供更緊湊的解決方案占板空間。

●  采用Silent Switcher 2技術基本上消除了PCB布局的敏感性。

●  可選展頻調制有助于降低噪聲敏感度。

●  使用Silent Switcher器件既可節省PCB面積，又可減少所需的層數。

Silent Switcher適合廣泛的新基建電源系統設計，包括數據中心、5G通信系統中涉及到的光網絡、電信/數據通信，以及汽車系統、分布式電源架構和一般的中高功率密度系統。

三、充電樁中的高性能隔離式柵極驅動器

半導體技術的進步讓功率器件開關頻率得到快速有效提升，IGBT從過去的20k左右提升到現在40k到50k，而氮化鎵（GaN）和碳化硅（SIC）MOSFET器件可以達到更高的開關頻率。然而，驅動方式是達到這些開關器件所需開關頻率的關鍵，而開關頻率決定著系統設計成本、尺寸與效率之間的最佳平衡。更高開關頻率對柵極驅動器的要求越來越高，采用的柵極驅動器的傳輸延遲、死區時間、共模瞬變抗擾度(CMTI)等指標對提升充電樁功率和效率產生關鍵的影響。

為了操作MOSFET/IGBT，通常須將一個電壓施加于柵極，使用專門驅動器向功率器件的柵極施加電壓并提供驅動電流。隔離式柵極驅動器的隔離性能、共模瞬變抗擾度、總傳播傳輸延遲等指標將決定直流模塊的整體功率、效率和系統尺寸，正確選擇這類解決方案非常關鍵。與傳統的基于光學隔離式柵極驅動器相比，ADI提供的iCoupler隔離式柵極驅動器提供了良好的柵極驅動特性和隔離性能。

傳統光耦合隔離的方式傳輸延時時間長（例如150—200納秒），而iCoupler柵極驅動器傳輸延時在50—60個納秒左右，從而大降低減小了傳輸延遲，并且傳輸延時一致性更好，更低的傳輸延遲和延時一致性有助于提高開關頻率和效率。此外，隔離柵極驅動器的死區時間也是關鍵特性之一，更低的死區時間將有效降低損耗。對于大規模部署的充電樁來說，即使零點幾個百分點效率提升都具有很大經濟和社會效益。

以ADI最新的iCoupler柵極驅動器ADuM4136為例：ADuM4136可實現150 kV/μs的共模瞬變抗擾度(CMTI)，以數百kHz的開關頻率驅動SiC MOSFET；加上去飽和保護等快速故障管理功能，設計人員可以正確驅動高達1200 V的單個或并聯SiC MOSFET。iCoupler磁隔離的固有優勢使得這些特性明顯優于光隔離柵極驅動器，可以確保充電機在不犧牲效率的情況下，在功率變換器中實現超高的功率密度。

此外，從功能安全和用戶人生和財產安全來說，良好的隔離性能也非常關鍵。充電樁的充電機功能電路中的隔離式柵極驅動器發揮的隔離功能就非常關鍵，實現充電模塊中功能電路之間的電氣分離，使得它們之間不存在直接導通路徑，從而提升安全性能。