ADI眼里的电源市场

正如ADI公司亚太区电源市场经理黄庆义先生在早前举办的“第11届EEVIA年度中国硬科技媒体论坛暨产业链研创趋势展望研讨会”的演讲中所说，电源无处不在，电源也非常重要，从发电端到芯片端，会有很多种的电源类型。
 

 
按照大家通用的分类，电源可以分为一次电源、二次电源和三次电源。其中，一次电源主要是用来实现功率校正、大功率的拓扑和DC/DC变化等功能；二次电源则主要在单板上，涉及需要接口的防护，热插拔、浪涌的抑制和以太网供电。这些电源的种类也有很多，像IC的控制、不同的PWM控制以及不同的拓扑，或者对电源进行隔离。此外，也会涉及到IGBT、碳化硅、辅助电源等器件。
 

 
黄庆义先生指出，电源最根本的目的还是为了给后面的信号链、控制芯片供电，所以最关键的在芯片侧供电也有很多类型，这就是三次电源，例如buck、多相和LDO，就是这类电源的典范。
 
“电源的种类很多，覆盖了很宽的电压范围，功率的广度也不小，涉及到的拓扑也非常多。因此在这个领域大家研究的非常多，电源的发展和技术涉及的种类也非常多，所以电源是一门多学科交叉的领域。”黄庆义总结道。
 
在过去多年的发展中，ADI也通过公司合并，技术研发和整合，打造出了一系列的电源解决方案。



黄庆义在演讲中也表示，纵观ADI的发展，原美信有一些先进的工艺，结合它在系统端的专利（如在大功率方面的耦合电感专利），加上ADI本身在IC设计方面所具备的先进技术，使得公司能基于这几个方面，衍生出了很多在业界比较领先、比较有特点的一些方向和技术。
 
“如Silent Switcher技术和模块技术都代表了其在行业中应用的需求以及市场的发展方向。”黄庆义举例说。
 
据介绍，都在整个产业链都致力于提高电力电子的效率，这就催使大家把电源类型从原来的线性电源提升到开关电源，让电力电子达到99%的效率。与此同时，因为现在各种设备都越来越小，所以设计者都希望最大限度地降低电源的面积（如减小器件的面积，减小设备的大小），这样就可以节约空间，在有效的空间里面放更多的电源，很大地提高电源功率密度。
   
对于电源设计者而言，电磁辐射又是他们不得不考虑的另一个因素。因为电力电子都放得非常密集，就有可能带来电池干扰和辐射很大。特别是现在的电源都切换到开关电源领域，其引起的噪声辐射非常大，于是大家对其倍加关注。
 
毫无疑问，要实现上述三个目标是非常难的，但ADI的Silent Switcher就是其中一个应对之策。
 
据ADI介绍，公司的Silent Switcher技术是开关模式电源问世以来电源领域的先进成果之一。这项降噪技术在许多噪声敏感应用中改善了EMI性能，提高了系统效率、输出纹波性能，缩小了解决方案总体尺寸。
 
受惠于如此多的优点，Silent Switcher稳压器可提供新的性能水平，同时具有高效率（高达96%）和低噪声性能，不会影响尺寸，也不需要过多的外部元件。Silent Switcher架构也使用了专有设计和封装技术，以尽可能在高频率下实现更高效率，提供更低的EMI性能，并通过使用非常紧凑可靠的设计来超越CISPR 25 5类EMI峰值限制。
 

 
黄庆义解释说，如上图所示，当这些开关器件在电路中进行高速开关的时候，会产生很多很高的di/dt，进而产生很高的振荡。这无论是在时域还是频域上都是非常明显。以时域为例，我们可以发现其波形振荡非常明显，高速开关加上线路中的寄生电感，再加上引起的di/dt，就使得开关的节点会形成很高的尖峰，这是大家不希望看到的。
 
为了解决这些问题，就使用了降低开关频率、降低开关速度，以实现较小振铃的传统做法。但这些方法会增加开关电源的损耗，和我们想提高效率的本意相悖。ADI的Silent Switcher技术就可以比较好地解决这个问题——获得比较高开关频率的同时，减小振铃，产生较低的EMI。借助这样的方式，也让通过傅里叶变换的谐波分量低不少。
 
“另外，因为开关频率很高，所以选用的磁性器件会比较小，从而实现大大降低电感以及输出电容尺寸的目标，这也是Silent Switcher技术带来的好处之一。”黄庆义表示。
 

 
虽然Silent Switcher拥有先天的优势，但ADI并没有放慢升级的步伐。
 
经过多年的发展，ADI也已经将Silent Switcher 推到了第三代，产品的设计也从最开始芯片需要在外部加电容，发展到把电容在芯片里面集成。到了Silent Switcher 3，ADI还为其增加了一个额外的优势，让它在普通的DC/DC性能之上，还增加了一个低噪声功能，使得它输出的噪声非常接近LDO的水平。
 
“对于很大电流的应用，设计者可能不太想用LDO，这时候Silent Switcher 3技术就会是一个非常好的选择。因为它的封装有很多的优化，也有超低的低频噪声和超快的瞬态响应，使得Silent Switcher 3能够很好地解决效率、面积和电子辐射带来的问题。”黄庆义说。
 

 
除了Silent Switcher技术外，ADI认为电源模块也是电源发展方向的一个代表。具体而言木就是设计者因应对电源尺寸的需求，把外围电路全都集成在非常小的模块里面，从而大大地降低了电源尺寸，为客户设计带来了很大的便利。ADI也提供了包括超低噪声的、超薄的、带监控的，也有一些电流特别大的和多路输出可并联在内的多类电源模块，以供大家选择。
 

 
黄庆义指出，不管是什么样的电源，其功率密度会越来越高。如图所示，在大概十多年前，为了输出很大的电流，需要很多个模块并联起来才能输出。但到了今天，我们可以在很小的面积内实现非常高的电流输出。如在ADI于2021年发布的LTM4681上，开发者就能在22mm×15mm的面积之内，获得单路输出125A或四路输出31.25A的电流。
 
“进一步减小面积，提高效率，让客户使用起来越来越简单，这是ADI大电流电源模块的发展方向。”黄庆义说。


 
黄庆义表示，电源整体的发展方向是越来越集成，电流越来越大，厚度也越来越薄。同时，把电源方案跟其他的信号链产品放在一起，也是行业追逐的另一个发展目标。因为对客户而言，这样做他就只需要验证整个解决方案，就可以直接测试输出的性能，不再关心电源的纹波、动态的效率，可以降低产品开发的风险并大大地缩短产品推向市场的时间。
 
这也正是ADI所追逐的目标。