ADI大咖谈电源设计的关键要素和解决之道

相较于数字逻辑产品，电源作为模拟产品中的重要类别，可以说是基础科技和产业，随着行业应用日趋广泛多元，电源产品也不断向高频、高效、高密度化、低压、大电流化和多元化方向发展。同时，电源产品的封装结构、外形尺寸也日趋标准化，以适应全球一体化市场的要求。 对于电源产品设计者而言，哪些技术是目前影响系统电源设计的关键要素？在功率密度，转换效率和减少体积这几个方向上，关键的推动技术有哪些？2019年又将有哪些行业对电源方面的技术提出新的要求？这些问题始终是关注的方向。 电源设计的关键要素 ADI公司电源系统工程总监梁再信指出，电源设计面对越来越多的挑战，特别是效率的提升，EMI，和占板面积。对系统的设计与优化都提出了很多挑战。 为了应对这些挑战，ADI打破传统，从工程物理的基本概念出发，对传统的电源产品做了进一步创新，推出了Silent Switcher系列电源产品。该系列产品的特点，是创新地设计和构建了两个反向的电流环，从而闭合磁场回路，达到显著降低EMI的效果。 Silent Switch系列开关电源，均满足CISPR25, CLASS 5 EMI标准。 同时，也使客户居于普通2层电路板设计的开关电源满足EMI标准变成一种可能。 Silent Switch系列开关电源，还有两个显著的特点：低致2.5uA超低静态工作电流，高达95%转换效率。 对于需要超小体积的电源设计应用，ADI也提供了全系列的高集成度的电源模块产品，并针对超薄，超小，超大功率开发了系列的产品。 比如高度集成的小体积LTM4668：在工业领域应用广泛，BGA 封装仅有6.25mmX6.25mm×2.1mm。支持多通道任意并联的工作模式，非常灵活的应用和组合，同时帮助简化客户元件库数量，降低采购风险，提高生产的可靠性。 不同行业的要求 汽车，工业和通讯一直是ADI重点关注的产业。梁再信表示，几乎所有的行业，都有一些共同的电源产品发展诉求，但是，部分细分领域要求稍有不同。 汽车产业，更加重视EMI问题和功能安全性问题，对于器件的品质和可靠性都非常关注，这其实也是ADI长期以来非常重视的。特别是ADI电源相关产品，对大部分参数均承诺全温度范围内参数一致性，为客户提升产品可靠性和稳定性奠定了坚实基础，行业内少有半导体企业做出这样的承诺。 通讯产业，因为体积、效率和能耗的限制，对微小体积，大功率密度和高效率提出了更高的要求。 特别是AI人工智能和DataCenter的快速发展，对低电压，大电流的电源产品，提出了更高的要求。ADI的微型电源模块产品，极具优势，目前已经能在15mm*22mm*7.8mm的模块体积内提供高达100A的输出能力。极高的功率密度，推动了高电流密度的应用快速发展。 工业产业，越来越重视EMI问题，系统噪声问题，采样精度问题，除了Silent Switch系列产品能够极大改善产品EMI特性，全温度范围内的参数保证为工业品的长期稳定性得到保证，ADI还在低噪声领域创造了令人难以置信的超越和突破。推出了业界噪声最低的LDO，甚至低于标准干电池的电源噪声。 关键的推动技术 梁再信指出，功率密度的推进，很大问题在于效率和散热，只有如何获取更高效率的器件，辅以工艺工程的突破，方能提升功率密度。例如ADI最新发布的LTM4700电源模块，为解决散热问题，不仅仅使用了最新的MOSFET和控制器，还创新开发了电感回路，散热衬底和外壳封装三合一的封装技术，从而实现了15mm*22mm*7.8mm的模块体积内提供高达100A的输出能力。 对于转换效率，由于MOSFET开关驱动损耗和电感转换损耗的存在，传统的电源转换效率很难提升，即使是ADI最新的Silent Switch技术，也只能把效率提升致95%左右，ADI的电源设计团队，使用低损耗的电容转换技术，把1/2折压转换的效率，提升至前所未有的99%的高度。 同时，ADI也推出了混合型的可以随意调整电压的高效大功率开关电源，效率也超过了普通的开关电源。 在减少体积的方向上，除了传统的微小尺寸DC/DC芯片，真正能够帮助系统缩减尺寸的，是集成MOSFET和电感的微型电源模块，借助于先进的工艺工程能力，ADI的LTM8074已经能够在4mm*4mm*1.92mm的体积里，完成了一个集成芯片、电感、MOSFET和电容的微型电源模块，同时满足Silent Switch特性，拥有非常好的EMI特性。据悉，ADI将在2019年推出一系列的小型化模块产品。