三大维度创新电源设计,ADI μModule稳压器再获殊荣

亚德诺半导体 2019-09-21 10:10

近日,2019年21IC电源技术巡回研讨会成功召开。作为一个电源技术展示和创意交汇的优质平台,在这场年度大会上,ADI µModule 稳压器 LTM4700凭借其在工业与通信领域的出色表现荣获了2019年电源产品奖Top 10! 热烈祝贺~


LTM4700是一款双路 50A 或单路 100A 降压型 μModule DC/DC稳压器。通过采用创新的散热封装技术,ADI公司将LTM4700 的工作温度控制在仅 73°C左右,其它竞争产品的模块化解决方案运行温度则通常为 90°C。即使在高达 70°C 的环境温度中,只要辅以 200 LFM 气流散热,LTM4700 即可在 12VIN 至 0.8VOUT 的转换中提供 100A 的满载电流,而且转换操作时的峰值转换效率高达 90%。LTM4700的出现,改写了过去低电压大电流系统的设计难度。同时,针对更大电流的应用,LTM4700还支持多片级联,提供高达400A-800A的负载电流,以满足数据中心处理器的FPGA、ASIC、GPU 和微控制器高功率需求。


不仅如此,在北京站研讨会上,ADI电源系统工程总监梁再信(Lorry Liang)还向大家介绍了ADI高性能电源产品在各大领域的创新技术与应用。



电源设计的三大维度思考


随着智能手机、智能电网、5G通信、新能源汽车、工业4.0、LED照明等产业的快速发展,也带动了电源管理芯片市场的持续增长,同时也对电源管理芯片提出了更高的要求。Lorry表示ADI基本围绕三大维度思考设计电源产品:一是怎样减少芯片的尺寸和体积,在比较小的器件中提供更好的性能;二是提升效率,比如现在手机充电可以做到55W的快充,如果效率不够,发热就会很严重;三是降低EMI,因为EMI会带来很多意想不到的问题,比如系统稳定性、可靠性,比如对其它器件的干扰以及其它器件对自身的干扰等。“在传统的电子产品设计过程中,没有办法同时满足三大维度的要求,ADI致力于创新于探索,帮助客户实现一个最佳的设计。”Lorry表示。



在电源模块的发展历史中,如果要实现0.8V@100A的内核供电方案,使用传统的多相控制器方案,系统负载而难以调试,高集成度模块的出现,简化了这一极具挑战的内核供电设计,并且ADI一直在致力于推动功率密度的的突破,回到2010年,ADI在多相并联配置中需要使用12个LTM4601实现从12 V输入到0.8V输出的转换中提供100 A输出电流。2012年,在多相并联配置中仅使用4个LTM4620,即可达成该功率级别。2014年,在多相并联配置中仅使用3个 LTM4630。2016年,在多相并联配置中减少到只使用2个LTM4650。并且在线路、负载和温度范围内的总直流误差为±1%。2018年11月,ADI推出了 µModule 稳压器 LTM4700,在尺寸仅为15 mm × 22 mm × 7.82 mm下实现了双路50 A或单路 100 A的输出。Lorry表示:“目前,该器件被广泛应用于通信行业,并成为了一款全球性的明星产品。其实不仅是通信领域,ADI的µModule 稳压器也广泛应用于工业领域。”




在效率方面,ADI也一直在走创新的道路上,Silent Switcher 的创新构架,极大减少了死区时间,提高了PWM波形上升斜率,极大降低了振铃从而降低EMI,将传统的Buck电路转换效率推升至95%左右,同时,为了解决工业和通讯市场的大功率高效率电源设计,ADI还研发了不使用电感而是基于飞行电容构架的大功率高效率跟随型电源转换器,在2.8cm x 2.8cm x 0.6cm的微小体积下,可实现500W输出功率高达99%的转换效率的48V输入至24V@20A电源变换,同时还与优化后的Buck电路配合设计了一个LTC7821混合转换器,实现高达97%效率的更低稳定电压转换输出,。



“在电源设计中,还有一项非常重要的指标是减少EMI,近几年的电子产品研发设计越来越重视EMI,这就不得不提到ADI创新的Silent Switcher架构,在ADI的新推出的部分µModule电源模块,也采用了此架构,可以最大限度降低电磁兼容 (EMC) 和电磁干扰 (EMI) 辐射。”Lorry说到。




细说ADI硬核电源产品的技术创新


为何ADI Silent Switcher技术如此引人注目?Lorry表示传统的开关电源的是单一输入-输出电流回路,而Silent Switcher在芯片的输入回路上设计了两个反向电流环,从而使使输入的电流回路产生的磁力线闭合,减小EMI的干扰。

 

为解决PMW开关波形的高频振铃问题,ADI还用倒装的方式替代传统的用金线去绑定内核,从而最大限度缩减输入回路感抗,大幅度减少振铃,让EMI降到最低。


Silent Switcher架构经过不断的迭代、优化、升级,新产品内置了高频回路电容,进一步优化了系统等效感抗以降低PMW振铃,缩短MOS死区时间和提升PMW摆率,推动转换效率解决95%,无负载静态电流低至2.5uA,同时电源的输出纹波也低至10mV以内。



在大幅度提升电源转换相关指标后,还实现用两层板做一个标准设计就可以满足CISPR 25 Class5 汽车级以及标准的工业级EMI标准,极大地简化和降低了过去解决EMI的问题需要付出的时间成本和电路成本。



汽车,工业和通讯一直是ADI重点关注的产业。传统燃油车和纯电动汽车之间,存在中间形态的混合动力汽车,大部分混动汽车都会同时有48伏和12伏系统。48伏系统需要的瞬间功率高达几千瓦,对业界而言,安全性和可靠性是很大的挑战。如何解决大功率48伏系统和12伏系统之间的平衡和转换?ADI针对48V/12V系统的专门应用方案:比如双向两相同步降压或升压型控制器LTC3871等最高可实现97%的效率。实现高效高可靠性的大功率双向变换



此外,随着汽车里的电子部件越来越多,供电感染非常严重。Lorry表示:“Surge Stopper技术能够把瞬间脉冲的干扰电源尖的部分全部消掉,在我们设定的标准范围之内。所以在汽车领域,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,这也是我们在汽车安全上所做的创新和开发。”


 

另外,在空间能量采集获取方面,ADI也有一些新的创新,比如温差发电、振动发电等。一个3cm×3cm的TEG连上LTC3108,可以产生3.3伏电压,在10度温差时,大概就能产生60微安的电流,可以得到200微瓦的功率。如果用于存在温差的工业传感场合,只要环境存在持续的温差,就能实现真正的“供电免维护”,这对IOT的发展将会产生多大的推动力。



最后,Lorry还提到,为了配合国内工程师使用ADI Power的产品,ADI还提供了很多免费的软件工具都可以在ADI官网免费下载使用,例如:

  • LTPowerCAD,可以做整个电路的规划以及做运算;

  • 生成的数据可以导入LTspice仿真工具做进一步的仿真;

 


其它可用的设计工具

  • 通信设备上需要电源管理做PSM,做系统的板级电源管理,可使用LTpowerPlay;

  • 传统ADI的电源产品也有一个仿真工具叫ADIsimPE。


值得一提的是,LTM4700也被评为2018年中国最具竞争力的电源产品哦~由于LTM4700的出现,改写了过去低电压大电流系统的设计难度(点击“阅读原文”了解LTM4700产品详情)。各位筒子们,是不是该点个赞呀



ADI网站再度更新升级

增强版官网可以随时随地体验


给咱LTM4700点个赞呗~

亚德诺半导体 Analog Devices, Inc.(简称ADI)始终致力于设计与制造先进的半导体产品和优秀解决方案,凭借杰出的传感、测量和连接技术,搭建连接真实世界和数字世界的智能化桥梁,从而帮助客户重新认识周围的世界。
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