電源無處不在，從發(fā)電側(cè)一直到芯片端，包含不同種類的電源。它可以分成幾個(gè)類別，從交流電過來，也即通常所講的一次電源，需要做功率校正、大功率的拓?fù)洹C/DC的變化等等，有可能需要從交流轉(zhuǎn)成直流。經(jīng)過直流側(cè)之后，到了用戶的單板，有可能會(huì)涉及接口的防護(hù)，熱插拔、浪涌的抑制，以及以太網(wǎng)供電。到了單板之后，轉(zhuǎn)成了直流電，可能需要進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換，也有可能根據(jù)不同的應(yīng)用要求，要經(jīng)過二次隔離，所以在單板上會(huì)有二次電源。dDpesmc

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這些電源的種類很多，例如IC的控制，可能會(huì)有不同的PWM控制，需要有不同的拓?fù)?。?duì)電源進(jìn)行隔離，也會(huì)涉及到IGBT、碳化硅、輔助電源等器件。電源最根本的目的是為了給后面的信號(hào)鏈、控制芯片供電。所以最關(guān)鍵的芯片側(cè)供電有很多，例如三次電源，包括POL，有升壓的、降壓的、升降壓的，甚至多相。對(duì)于噪聲比較敏感的，有可能還需要低噪聲的LDO，給信號(hào)鏈的產(chǎn)品供電。dDpesmc

圍繞三次電源，可能對(duì)電源的要求比較高，有可能需要衍生出對(duì)電源的監(jiān)控，比如持續(xù)控制。這些器件是為了確保對(duì)電源有比較好的監(jiān)控以及控制。如果看電源種類的話，五花八門，從很高的電壓到很低的電壓，從很大的功率到很低的功率。涉及到的拓?fù)湟卜浅６啵懈綦x的拓?fù)?，非隔離的拓?fù)涞鹊?。因此，電源是個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域。dDpesmc

ADI在這么多年的發(fā)展過程中，通過公司合并，整合了相關(guān)的技術(shù)。在第11屆EEVIA年度中國硬科技媒體論壇暨產(chǎn)業(yè)鏈研創(chuàng)趨勢展望研討會(huì)上，ADI公司亞太區(qū)電源市場經(jīng)理黃慶義帶來了“泛在的高性能電源技術(shù)和解決方案正在如何演進(jìn)”的主題演講。他認(rèn)為，如果要獲得一個(gè)技術(shù)非常先進(jìn)、水平非常高的電源，就需要從很多方面進(jìn)行突破。dDpesmc

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ADI公司亞太區(qū)電源市場經(jīng)理黃慶義dDpesmc

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首先，如果是做一個(gè)非常好的IC，就需要先進(jìn)的工藝，從而使做出來的參數(shù)比較好。有了比較好的半導(dǎo)體工藝之后，還需要比較好的電路設(shè)計(jì)水平。對(duì)電力電子在各方面涉及的技術(shù)，就需要比較深的積累。dDpesmc

另一方面，把它做成IC，后面可能還會(huì)做成模塊，所以封裝技術(shù)也非常重要，因?yàn)槿绻胍獪p小體積，目前不管是芯片級(jí)還是模塊級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的封裝都很重要。如果單從半導(dǎo)體到芯片再到模塊，最終客戶看到的是一個(gè)系統(tǒng)。所以如果有一個(gè)非常先進(jìn)的電力電子設(shè)備，還需要有先進(jìn)的系統(tǒng)集成能力。dDpesmc

縱觀ADI的發(fā)展，原美信有一些先進(jìn)的工藝，結(jié)合它在系統(tǒng)端，比如現(xiàn)在大功率也有很多耦合電感的專利。加之ADI在IC設(shè)計(jì)方面也有比較先進(jìn)的技術(shù)。ADI基于這幾個(gè)方面，衍生出了很多在業(yè)界比較領(lǐng)先、比較有特點(diǎn)的一些方向和技術(shù)。例如Silent Switcher技術(shù)，還有模塊的技術(shù)，各種技術(shù)的類型都代表了它在行業(yè)中應(yīng)用的需求以及市場的發(fā)展方向。dDpesmc

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傳統(tǒng)的電源開關(guān)噪聲比較大，Silent Switcher的技術(shù)可以在很大程度上降低開關(guān)噪聲。dDpesmc

模塊，則大大降低了電源設(shè)計(jì)的面積，同時(shí)大幅提高可靠性。dDpesmc

LDO，噪聲水平非常接近電池，甚至比電池噪聲還要低，這樣就使用戶在進(jìn)行噪聲敏感的電路設(shè)計(jì)時(shí)，可以獲得比較好的電源保障。dDpesmc

還有功耗越來越低，到納安級(jí)別的電源，也是希望有更可靠、更穩(wěn)定的電源設(shè)計(jì)。此外，對(duì)功率保護(hù)、電源診斷類電源的需求會(huì)越來越強(qiáng)烈。dDpesmc

這些是電源領(lǐng)域市場需求比較強(qiáng)烈，也是發(fā)展非常迅速的幾個(gè)方向。dDpesmc

Silent Switcher和模塊兩種技術(shù)在市場上如何發(fā)展，能解決目前遇到的哪些問題？

能效。能效是電源的重要指標(biāo)，業(yè)界一直在致力于提高電力電子的效率，從原來的線性電源提升到開關(guān)電源，包括現(xiàn)在有的電力電子達(dá)到99%的效率。因此，電源的效率在各領(lǐng)域都是大家繞不開的話題。如果能夠節(jié)約能耗，就無疑能夠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。dDpesmc

面積。現(xiàn)在各種設(shè)備都越來越小，都希望最大限度地降低它的面積，比如減小器件的面積，減小設(shè)備的大小。這樣就可以節(jié)約空間，從而在有效的空間里面放更多的電源，更大地提高電源功率密度。dDpesmc

電磁輻射。因?yàn)殡娏﹄娮佣挤诺梅浅Ｃ芗?，有可能帶來電池干擾和輻射很大，這也是大家關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域。特別現(xiàn)在的電源都切換到開關(guān)電源領(lǐng)域，所以它引起的噪聲輻射非常大。如果一方面想獲得小體積、高效率，另一方面又想沒有電磁輻射，這就非常困難。大家都在朝這個(gè)方向不停地努力。dDpesmc

ADI獨(dú)特的技術(shù)就非常好地解決了現(xiàn)在面臨的問題。例如，Silent Switcher技術(shù)，如以下電路示意圖所示，當(dāng)這些開關(guān)器件在電路中進(jìn)行高速開關(guān)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生很多很高的di/dt，因此會(huì)產(chǎn)生很高的振蕩。不管是在時(shí)域上看還是頻域上看，都非常明顯。時(shí)域上看波形會(huì)發(fā)現(xiàn)它的振蕩非常明顯，高速開關(guān)加上線路中的寄生電感，再加上引起的di/dt，所以在開關(guān)的節(jié)點(diǎn)就會(huì)形成很高的尖峰。因?yàn)檫@些尖峰經(jīng)過傅里葉分解之后，在頻譜上會(huì)出現(xiàn)高次諧波。如果是一側(cè)的EMC，則有可能在某個(gè)頻點(diǎn)就過不了，所以這是大家所不希望看到的。不管是從器件的可靠性，還是電磁輻射上，都是不太好的。dDpesmc

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那么，如何解決這些問題呢？傳統(tǒng)的做法是降低開關(guān)的頻率，把開關(guān)的速度降低，這樣就使得振鈴比較小。但這種方法會(huì)增加開關(guān)電源的損耗。本身還想提高效率，這樣做反而使效率變得很低。ADI的Silent Switcher技術(shù)可以比較好地解決這個(gè)問題。在比較高的開關(guān)頻率的同時(shí)，振鈴減小，產(chǎn)生的EMI比較低，通過傅里葉變換的諧波分量也會(huì)低很多。dDpesmc

另外，因?yàn)殚_關(guān)頻率很高，所以選用的磁性器件會(huì)比較小。這些紋波都跟開關(guān)頻率非常有關(guān)系，像電感以及輸出電容都能大大地降低尺寸。因此，在實(shí)現(xiàn)很高開關(guān)頻率的同時(shí)，還能保持比較高的效率，同時(shí)尺寸又比較小。這是Silent Switcher技術(shù)帶來的好處。dDpesmc

它為什么會(huì)產(chǎn)生這些好處呢？如對(duì)比圖所示，一些普通的電源引起的振鈴比較大，但用Silent Switcher產(chǎn)生的振鈴幅度很低。因此，測得的頻譜數(shù)值相對(duì)比較低，這是它帶來的一個(gè)好處。dDpesmc

為什么能把開關(guān)頻率做得很高，還有一點(diǎn)。其所產(chǎn)生負(fù)壓的部分很低，在buck電路中的死區(qū)時(shí)間非常短，這樣就使得流過體二極管的時(shí)間也會(huì)比較短。所以總體來看，采用這種技術(shù)帶來的效率提升非常明顯。dDpesmc

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以下是Silent Switcher發(fā)展的歷程，目前已經(jīng)到了Silent Switcher 3這一代。最開始芯片需要在外部加電容。后面把電容集成到了芯片中。到了Silent Switcher 3，它還增加了一個(gè)額外的優(yōu)勢，就是它在普通的DC/DC性能之上，還增加了一個(gè)低噪聲功能。這使得它輸出的噪聲非常接近LDO的水平，所以對(duì)于很大電流的應(yīng)用，如果不太想用LDO的，用Silent Switcher 3的技術(shù)就非常好。它的封裝也有很多的優(yōu)化，超低的低頻噪聲、超快的瞬態(tài)響應(yīng)，而使得Silent Switcher 3能夠很好地解決效率、面積、電子輻射所帶來的問題。dDpesmc

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還有一類比較有特點(diǎn)的是電源模塊，比較能代表電源發(fā)展的方向。現(xiàn)在的電源尺寸越來越小，把外圍電路全都集成在非常小的模塊里面，從而大大地降低了電源尺寸，同時(shí)為客戶設(shè)計(jì)帶來了很大的便利。相當(dāng)于只用一個(gè)模塊就可以實(shí)現(xiàn)很多功能。dDpesmc

ADI有很多這種類型的模塊，比如超低噪聲的、超薄的、帶監(jiān)控的，也有一些電流特別大的，多路輸出可以并聯(lián)的，像這樣一些電源可以供大家選擇。dDpesmc

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下圖清晰地展示了ADI的大電流電源模塊多年的發(fā)展歷程。dDpesmc

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其中一個(gè)很明顯的變化就是，不管是什么樣的電源，其功率密度會(huì)越來越高。大概十多年前，為了輸出很大的電流，需要很多個(gè)模塊并聯(lián)起來才能輸出。但到了今天，比如2021年發(fā)布的LTM4681，22mm×15mm的面積之內(nèi)，可以輸出單路125A或四路31.25A的電流?？催@些IC模塊的發(fā)展，大家都是希望進(jìn)一步地減小面積，提高效率，讓客戶使用起來越來越簡單。這是ADI大電流電源模塊的發(fā)展方向。dDpesmc

ADI還有很多不同的電源模塊，因?yàn)槟K利用這些技術(shù)又產(chǎn)生很多分支。在對(duì)高度要求非常高的地方，有的需要把模塊放在底部，ADI針對(duì)此類應(yīng)用有超薄電源模塊。比如有到1.8mm的，最薄的到1.3mm。dDpesmc

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電源整體的發(fā)展方向是，越來越集成，電流越來越大，厚度越來越薄?，F(xiàn)在大家提得比較多的就是解決方案，因?yàn)殡娫礆w根到底還是為很多其他的IC和設(shè)備服務(wù)的。如果單做一個(gè)電源，還需要了解這后面電源供電的器件，了解其電源要求。終端的客戶比較在意的是系統(tǒng)的指標(biāo)，比如射頻的輸出等等。dDpesmc

另外大家談?wù)摫容^多的，就是怎么把電源方案跟其他的信號(hào)鏈產(chǎn)品放在一起。這樣做有很多好處，比如這樣一個(gè)解決方案，對(duì)客戶而言，它需要驗(yàn)證整個(gè)解決方案，就可以直接測輸出的性能，不再關(guān)心電源的紋波、動(dòng)態(tài)的效率，可能更關(guān)注直接的射頻輸出或影像的輸出等。所以對(duì)于整個(gè)解決方案幫助很大。dDpesmc

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客戶對(duì)整個(gè)解決方案經(jīng)過驗(yàn)證之后，可以大大地縮短產(chǎn)品推向市場的時(shí)間，因?yàn)殡娫锤盘?hào)類產(chǎn)品經(jīng)過測試驗(yàn)證，對(duì)縮短推向市場的時(shí)間、對(duì)降低產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)非常有幫助。dDpesmc

現(xiàn)在越來越多的客戶和IC公司，談?wù)摫容^多的是把電源和信號(hào)鏈做成一個(gè)整體解決方案，推向市場。dDpesmc