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ADI高性能创新电源技术研讨会在京召开

作者:时间:2018-09-04来源:电子产品世界收藏

2018年8月23日,高性能创新技术研讨会在北京成功召开。会议邀请到了公司的技术专家梁再信先生,以及教育界的重量级嘉宾杨建国教授。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201809/391522.htm

会议分为两部分。一部分是由梁先生从市场的概念、技术的引导和公司未来的方向,给大家展现子品牌POWER BY LINEAR在未来发展的方向。另一部分是由杨教授和大家讲述自己从事教育事业的心得与体会。

POWER BY LINEAR

如果说到ADI的,第一个概念就是秀得最多的那三个维度,小尺寸、非常高的效率,以及非常低的EMI,但那不是POWER BY LINEAR的全部,因为在两个公司合并之后,第一次面对媒体和市场的时候,需要让大家了解技术的热点和亮点。

从整个市场来讲,每个公司都会追逐热点和市场新的机会,最近几年大家都耳熟能详的一些热点,比如说区块链、比特币,或者虚拟货币、自动驾驶、汽车电子的应用,下一代的通信互联技术,还有中国现在说得最多的“智能制造”还有“工业4.0”,还有很多沉浸式、体验式虚拟现实消费类的感受和体验,以及医疗和相关的东西。这些热点推动了技术的发展,也是每个高科技公司都会发力、花时间去研究和追逐的,因为在创新领域里面才有无限的可能去拓展自己的版图。

从两个公司的合并来讲,两个公司的合并在工业,通信和汽车上,是高度一致的推动和重合的,因为这三个方面的要求和半导体公司的要求十分一致。要有非常好的可靠性、性能以及较长时间和稳定性的支持。从这三个维度来讲,两个公司的合并是因为基于两个公司在工业和汽车领域的专注,从电源这块来讲,因为LINEAR的加入,增强了ADI在电源领域的实力和产品线。

所以,在过去介绍的三个维度,在这三个技术平台上,有种类众多的旗舰,可以支持热点的市场和领域。梁先生针对工业、通信、汽车和能四个方向,给大家介绍ADI是如何看待这个市场,如何去做创新的。

1.工业

第一是工业,在公司整个版图中占的比例比较大,大概40%多的电源生意来自于工业领域。从工业4.0真正的本质和基础来讲,考虑更多的是如何提供实时的控制,软件可配制的I/O,还有所有这些设备的可靠性、安全性和健康,都非常重要。所以ADI对工业有自己独特的理解。

上图比较形象地展现了ADI在工业4.0上涉足的几个方面,最重要的几个点,灵活度,效率,通信,安全性,可靠性等等,工业4.0涉及到的范围和产品应用是多方面的。就像刚才开场时候说的一样,所有工业产品的应用都离不开一个基础,就是供电电源。以前提了这三个维度的技术方向,能够提供非常强大的支持,推出一系列的产品去满足不同应用领域的要求。

理想的二极管。通过对MOS管电路的控制,能够实现拿到非常低的压差。原因是MOS管的导通电阻非常低。这样优化有什么好处呢?一是可以减少功率的损耗,二是系统的压差可以得到极大的缩减。这样就可以拿到非常低的功率损耗,功率器件不需要散热了。同时提供了系统的可靠性,增强了整个系统的效率。

开关电源。从工程物理的角度做了突破和创新,在芯片设计上做了两个反向的电优化。从物理学的定义来讲,两个反向回路最大的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。在新的芯片里面修改和改进了功率,不再用金线去绑定内核,而是用导装的方式缩减电流板,能够让EMI降到最低。通过一系列工艺的优化,可以得到一个非常好的EMI性能,基本上不需要做任何太多的优化,都可以满足CISPR25 EMI的标准。Silent Switcher技术的出现,帮客户节省了大半年的时间。

LT8610(11)是不带Silent Switcher技术的芯片,这个频率是非常高的。最新一代的8614,已经把振铃缩减得非常小。基于这两个方面的优化,(+封装工艺的优化)可以让这个系列的产品EMI做得非常低,基本上不需要去做EMI的整改都可以过。带来另外一个好处,过去说开关电源的纹波是很大的挑战,看20年以前的产品,纹波基本上都是50、60毫伏,现在整个市场上的开关电源,纹波还是要做到20、30个毫伏。但是,SilentSwitcher就带来一个巨大的好处,在2安或者2MHz时候,纹波只有5毫伏左右。因为不光是缩减了EMI的问题,还解决了噪声的问题,让系统的可靠性、稳定性做得更好。

在工业领域的创新,工业现场会有高压和低压,混合系统在同一个板级,如何隔离高压和低压?离不开开关电源,这是非常标准的隔离电源的框图,这个原理已经用了几十年,比如2500伏、3000伏,靠变压器,做输出的反馈。这样的电路看起来好像没有什么问题,已经用了几十年,但是一个电源要做这么复杂,可靠性怎么保证?光维是会衰减的,性能不好了怎么办?能不能通过技术把这部分东西通通拿掉?如果把这么多反馈机制都拿掉了,怎么保证输出的稳定性呢?这是可以解决的,ADI推了一个新的概念:一个非常好的隔离电压控制器,一个控制器,一个变压器,没有反馈了,光耦也没有了,输出也非常简单,一个二极管一个滤波电容。性能怎么样?还不错,输出的调整率,从0毫安到400毫安,输出即使没有传统的反馈,输出也可以做到0.5%的精度,这是一个很大的突破,效率也达到90%以上,这在隔离电源的领域是一个突破和挑战。

从工业来讲,现在工业设计的密度和板卡的复杂程度越来越高,而且在工业设计里面,人机界面、控制、回路、软件的可靠性、系统的稳定性,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,如何帮助客户缩减电源电路板的尺寸和电路设计的复杂程度?一个复杂的系统对工程师来讲是非常麻烦的,10年前ADI出了电源模块比较划时代的产品,今天在全世界也是非常普遍的技术,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那样简单拿过来用就可以了,效率也非常高。

做一个简单的总结,在工业领域来讲,这些产品的出现能够极大地帮助客户比较灵活的设计系统,在系统的安全性和可靠性上得到进一步提升,不仅仅是因为产品性能的提升,同时也是因为高度的集成化提升了系统的综合可靠性和稳定性,让我们工业的产品能够更稳定。

2.汽车

针对雷达和激光雷达的应用,推出噪声只有0.8微伏的LDO。其噪声比现在看到的电池的噪声还要小。正是这样技术的推动和发展,令ADI在自动驾驶这样的领域能够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技术也是可以用得到的,它对EMI也是非常敏感的。

一个新的概念——PoDL。意思就是Power Over Data Line。在未来汽车里面,以太网是汽车网络连接中的一个热点。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的意义就是如何通过车身的总线去传递所需的能源。ADI一直在推动节省电缆的数量,ADI也相信未来车身的以太网,PoDL有可能变成一个标准,这会是新的机会和转折,因为这有别于传统汽车的概念。

概念(启灯式)大灯。每个灯是单独控制的,为了解决汽车的安全性的问题。汽车在道路上行驶的时候,系统可以通过计算机的控制,通过总线,控制LED控制矩阵,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,同时我不会晃到对面来的车和人。这个技术,现在已经推向市场了,考虑的是如何让人类能够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,解决安全性的问题。

12伏和48伏混合。把一个48伏的电池组和12伏的电池组连接起来,可以双向的去做供电。48伏发电,可以降压给12伏的充电,可以保证整个轿车任何一个电瓶出现问题的时候,都可以解决系统的问题。很难想象开一辆车,因为48伏的系统没电了,车就瘫在那儿了,可以提高汽车运行的可靠性。2.5千瓦的转换效率,能够提供非常好的稳定性,这个在新一代48伏的汽车里面,也是非常标准的配制,双向的转换。

理想二极管的桥阵列。把理想二极管的技术从单个扩展到四路,这样可以得到非常低的功率损耗,不需要散热片,有非常高的可靠性和效率。在汽车里面温度是非常大的挑战,因为功率降低了,温度也降低了,重量也降低了,不需要加散热片了。

Surge Stopper。把瞬间脉冲的干扰电源能够把尖的部分全部消掉,使其在设定的标准范围之内。在汽车领域,让系统更安全,当电压超过设定值的时候,整个系统能够把所有高压的部分全部消掉,留给后面的就是可控的电源工艺,这样车身系统就能避免因为意外的干扰损坏汽车上的组件,因为这和人的生命安全是息息相关的,这也是ADI在汽车安全上所做的创新和开发。

刚才谈到了,通过反馈控制、消除尖峰,ADI做了不同的探索,因为新能源汽车的出现,把电压覆盖更多的范围,可以满足600伏的电压,这是很难的,但是已经实现了,可以接受负压,接反了不会烧,瞬间到600伏也不会坏掉,提升了性能应用。

3.通信

从过去的GSM到2G、3G、4G,现在马上推5G了,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。现在5G的时代,还有固网的光模块、卫星、点对点的通信,构成了整个通信的回路。在通信领域的挑战就是如何提高转换的效率。

无电感的开关电源。用电容通过4个MOS管去做电压的变换,在2.8X2.8CM的面积上,可以输出48伏到24伏,500W。优点是效率非常高,可以做到99%的效率,还可以往12伏转,97%点多的效率,这是传统电源做不到的。但是有一个缺点,用电容来做能量的转换,输出是不可调压的,你给我什么,我就给你二分之一的电源。好处是转了24V的,有非常多的可选择DRFG的开关电源转换板上所有的应用。坏处是需要稳定电压的时候但是没有,怎么办?

ADI做了新一代的产品7821,混合的变换器,它有什么特点呢?把一个用电容做能量传输的电路和标准的降压电路整合起来,变成一个混合的电路,还可以做到97%的效率。它的优点是什么?电感可能只有标准电路电感的一半大小,因为需要解决的问题不是从48伏直接转,而是从24伏往下转,压差没有那么高了。所以用的电感的体积会小很多,效率在97%左右,在这么大的功率里面已经算是非常好了。PC机的开关电源,到87%、89%左右就算非常好的开关电源了,该系统可以做到非常高的效率。

带PAM的电源模块,有数字接口,可以通过处理器,当一个通信系统意外死机的时候,里面有黑匣子一样的设备可以把死机前一瞬间的电源每一路的工作状态记录下来,电压、电流、温度等等,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。

理想二极管,在通信里面免不得要做热插拔,过去做插拔的时候,因为通信非常重要,通信的背板,48伏的系统往往会用两个电源,A电源和B电源,因为要做备份,避免掉链。两个电源的合路怎么解决?两极管在热插拔的时候,把理想二极管的器件整合在一起,集合了理想二极管的优点,非常低的压差,非常高的效率,支撑热插拔的功能,能够让通信系统获得比以前更好的稳定性。

刚才说到电源模块,也提到PSM,就是带数字接口的电源管理系统,可以像飞机的黑匣子一样记录每一路电源的状态,电压,电流,温度等等,甚至可以控制输出的电压。所以在通信系统里面,PSM的功能过去不重视,但是近几年越来越重视,在一个通信系统里面,电路非常多,通常一个大的板卡里面可能有十几路的电源。当系统不稳定的时候,怎么知道是哪路出问题呢?PSM就是很好的解决方案,可以对每一路进行监控。另外,因为通信板卡的工作环境、稳定性都不一样,通信系统面临的挑战是不一饮的,所以通信板卡在出厂的时候往往会做很多严酷的环境测试,在通信板卡里有非常重要的测试,就是把每一路电源的电压同时上调和下调5%,或者是10%,如果用到PSM芯片,在电脑上给一个指令,可以把所有电源同时上调和下调,看整个系统的稳定性。大的通信公司,现在是越来越普遍和常见了,因为可以极大的提升系统的稳定性。也可以理解为当系统在低符合的时候,可以通过系统把电压降下来,可以自动变频、降低能源,电压是可以调整的,PSM的出现可以让系统非常容易的实现这样的功能。所以这里面有非常多的PSM的优点,不管是测量,输出的调整,都是PSM非常重要的优点,可以对每路做控制,都是可以监控的。所以PSM在通信系统里面,应用会越来越普遍。

POE,Power over Ethernet,电源通过网线去传输。POE既可以传数据,也可以传电源。所以POE在通信领域的应用越来越广。ADI的LTPoE++,可以提供90瓦,通过网线里面的四对双角线,能够把功率传输出去,非常完整的高功率的方案。90瓦是不是到头了?也不是,功能越来越多,90瓦也不见得够。国际标准刚刚超越25.5瓦,迈向60、70瓦的时候,ADI已经出了150瓦的方案。最大的好处就是对于通信的应用和布局,可以提供高达150瓦的功率,容量越大,需要的功率越大,150瓦可以提供非常完美的解决方案,这也是ADI在通信上强有力的技术平台。

4.能源

下面是能源,能源的确很重要,国家电网、智能电网,包括电动汽车,都离不开能源的传输,因为没有能源怎么充电呢?做智能电网相关的配套服务,怎么样在可穿戴设备上产生能量的采集和收集,优化能源的转化和储备,对电源来讲是必须要去面对的。ADI在FCI上有非常完整的解决方案,从模拟链路、信号采集到供电,现在用得最多的就是太阳能供电。每隔一段距离要装一个FCI,给它供电非常重要,太阳能电池其实是有要求的,怎样实现在高压电塔上太阳能的安全和传输?这是非常重要的,ADI有专门领域的器件,太阳能可以对电池充电,并且带MPPT,在同样光照情况下怎么获得最大太阳能的能量?通过这样的器件,能够把太阳光转换效率,拿到最大的功率点,转换效率会比较高,还可以给系统供电,这是非常好的方案。

与此同时,在电力供应里面,很多系统是不能断电的,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是有限的,如何对能量做存储和管理?ADI也推出了一系列器件,比如LTC3350是对四个法拉电容做监控,不仅对电容做平衡,充放电管理,还补充电容的内阻,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的均衡,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,实现比较好的均衡控制,提升安全性。这种备份电路对整个系统提供了不同能量的来源,可以让系统维持稳定的工作,在整个能源领域应用得越来越广。还有锂电池的管理芯片,ADI的产品很全,需要很高可靠性和快速充放电的时候,其实超级电容会比较好。

能量的采集,FCI用的是太阳能。在穿戴式设备,类似计步器这样的应用上,充电是一个问题,ADI在这个领域做一个突破,能不能把振动、温差、光、磁场变成我们需要的能源?ADI推出了一系列的产品。举个例LTC3108,是温差发电的控制转换器件,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微安的电能,我们希望用这样的概念和思路,让传感器、物联网的节点,能够实现终生免维护,因为在很多场景下是没有办法发电的。同样要解决的问题,就是如何实现低电压的转换,这是一个挑战。我们也做了一些探索,仿照机械手表,ADI做了一些探索,做了环形的结构,里面有磁场,通过手动的振动,能够产生能量,为这个设备所使用,ADI做了非常多的探索。

设计工具。电源看起来没有那么多东西,其实电源也是蛮复杂的,亦需要很多工程设计。所以ADI提供了LTpowerCAD,可以实现基本的环路稳定性的测试,然后可以导入LTspice做系统的仿真,这两个系统都是完全免费的。还有是LTpowerPlay,这是一个开发工具,也是免费的开发工具,针对PSM。ADIsimPE,这两个都是仿真的工具,对电路做仿真,对整个电源的构架、系统,还有环路、稳定性、效率、损耗,都可以做仿真。这些所有工具在ADI的官网上都可以免费下载。

后续教育与电子运动会

杨教授说,高校老师经常被骂。因为学生一毕业进入到企业,什么都不会。企业就会怀疑这些高教老师到底教了什么?算一笔账就清楚了,与电源相关的课程是电力电子,其实电源、弱电、强电、电气学,都会用到,但是真正学过电源的就是电力电子这门课,只有48学时,相当于四年学电源只学了100个小时。在一个行业真的要花1万个小时以上,否则真的说不出话来。但是用一个企业招人的标准,可能需要500到1000个小时,就是有工作经验的,来了就能干,要求学100个小时的学生什么都会,怎么可能?所以不要问我们教了什么,我们就是种个种子,没有时间好好生根发芽,杨教授说到。

工程师的成长第一步就是自学,其实依赖于社会,就是买书,看视频等等,包括杨教授写的《新概念模拟电路》这些书。很快杨教授也要投入做视频,就是给广大的工程师,包括一些青年教师,给他们提供更好的素材。第二方面的后续教育来自于大企业,没有这些后续教育,工程师到了三十多岁,仍然像刚毕业一样什么都不会的话,那么后续教育真是失败了。

杨教授还提出了一个概念——“电子运动会”。它也是后续教育的一部分。电子运动会是一个电子类的竞赛模式,它跟现在大家都知道的传统竞赛、电子竞赛,或挑战杯这些都不一样。传统竞赛有两类,一类是开放式的,就是发布一个主题,收集作品。第二类,比如大学生设计竞赛,就是三四天时间,该交卷的时候交作品。而这种电子运动会的题目是开放的,常年不变,评测是自动的。总体来讲,运动会的公信力相对来说还是比较好的,观众就能看出来。电子运动会就是这样一个竞赛形式,从不会露题,评委是机器。



关键词: ADI 电源 模电

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