隨著新一代半導體材料的逐步成熟，新應用場景的登場，電源行業(yè)也在接受技術的變革和洗禮。電源工程師們在繼續(xù)追求著功率密度的增加，整流技術的提升和分布式電源結構的優(yōu)化。同時，他們也更關心電源的數(shù)字化和智能化，設計工具的人性化，以及如何適應這個快速多變的市場環(huán)境。

在這種環(huán)境下，由《今日電子》雜志和21ic電子網(wǎng)舉辦的電源技術研討會成功舉辦，在全國七地的60多場演講中，電源工程師們接觸到了最新的技術和理念，為以后的研發(fā)破除了障礙。

新熱點、新材料、新應用登場

GaN技術在2018年取得很大的進展，很多應用場景都開始出現(xiàn)GaN器件。作為最早研究GaN技術的廠商，英飛凌推出了600V GaN HEMT 產(chǎn)品線——CoolGaN。該器件架構建立在低成本的硅基材料上，采用了橫向架構，很容易構建半橋模塊、全橋模塊；另外，在本征Al GaN層的頂部使用p摻雜的Al GaN門極。該器件具有非常極低的柵極電荷和輸出電荷，線性的電容特性和源到漏電壓，易于進行ZVS拓撲設計；同時，也沒有本征體二極管架構和相關的儲備恢復問題。CoolGaN的增強模式概念提供快速的開啟和關閉速度，以及在芯片或封裝級別上的更佳集成路徑，可實現(xiàn)更簡單且更具成本效益的半橋拓撲。增強模式更適合多芯片集成。600V CoolGaN系列是根據(jù)特定的基于GaN量身定制的規(guī)范工藝基礎上實現(xiàn)的， 該工藝遠遠超過硅功率器件的標準。600V CoolGaN適用于電信, 數(shù)據(jù)通信, 服務器SMPS以及大多數(shù)其他工業(yè)和消費類應用。CoolGaN產(chǎn)品系列采用高性能SMD 封裝， 以充分發(fā)揮GaN的優(yōu)勢。英飛凌還專門為CoolGaN配備了驅(qū)動器——1EDi-G1 EiceDriver系列，其具有獨立于占空比的開關特性，兩個關斷電壓，即使對于第一個脈沖，也可使用負柵極驅(qū)動電壓。

無線充電是當前電源市場的最大熱點，有Qi和PMA兩個標準。其中，Qi標準由于得到了蘋果等公司的支持，已經(jīng)成為主流標準。意法半導體（ST）的一系列TX端產(chǎn)品也支持Qi協(xié)議，功率范圍是2～15w。其中，以支持EPP規(guī)范的15W發(fā)射端控制器STWBC-EP為代表，該控制器的待機功耗僅16mW，端到端的效率能夠達到80%，此外位置檢測、FOD、Q因數(shù)測量的功能也一應俱全。該產(chǎn)品集成有一個DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器和控制器，還有Qi充電算法固件，開發(fā)者無需在設計中集成軟件和使用額外微控制器，即可完成方案設計。STWBC-EP的架構讓設計人員能夠靈活地優(yōu)化外部半橋及相關柵極驅(qū)動器，支持5~12V的電源電壓，確保兼容USB快充。這款芯片還采用ST的獨有技術，給用戶更好使用體驗。這些獨有技術包括可以提升主動存在檢測性能的ST專利技術，當一個兼容設備放在充電區(qū)時，這項技術可以快速喚醒系統(tǒng)。此項專利技術還能提升異物檢測(FOD)性能，當含有金屬的物體距充電器過近時，這項檢測功能可以自動切斷電源，防止過熱現(xiàn)象發(fā)生。

在本次電源大會上，收購了愛立信電源模塊所成立的Flex電源模塊部門正式登場。憑借多年的積累，F(xiàn)lex電源模塊已是板載電源行業(yè)的領先者，其單模塊電源的效率達到了優(yōu)異的97.5%。Flex的產(chǎn)品覆蓋了工業(yè)、鐵路、數(shù)據(jù)中心等多個領域，電壓范圍從交流48V直到芯片級。該公司在18年推出了最新的BMR481模塊，其采用了領先的混合調(diào)節(jié)比(HRR)技術，能夠更好地利用電源系統(tǒng)在其寬輸入電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)大功率轉(zhuǎn)換。BMR481可在高環(huán)境溫度和氣流有限的環(huán)境下提供更高的可用功率，意味著可以提供高可靠性。盡管該模塊帶有標準底板，但對于最具挑戰(zhàn)性的散熱環(huán)境，它也可以連接到散熱器或冷卻板上。因此，BMR481不僅適用于中間總線轉(zhuǎn)換、動態(tài)總線電壓和分布式電源架構，還能為采用多節(jié)電池供電的高端和高功率應用或ICT應用中常用的整流器供電。在BMR481的基礎上，F(xiàn)lex將在明年推出BMR482，作為第二代直接轉(zhuǎn)換器，其輸出將達到1.8V/100A，采用AVS總線或SVID控制，最大可進行6塊并聯(lián)。作為PSA的成員，F(xiàn)lex公司的48V直接轉(zhuǎn)換DC/DC模塊可以為OCP和數(shù)據(jù)中心公司帶來很好的效益。

同為模塊電源廠商，Vicor公司的電源產(chǎn)品也在不斷演化，從80年代的大功率模塊，一直發(fā)展到現(xiàn)在的芯片化封裝產(chǎn)品。細數(shù)該公司的產(chǎn)品，包括了專有的ZVS及ZCS轉(zhuǎn)換器拓撲結構，系統(tǒng)級封裝（SiP）LGA模塊，VI Chip，轉(zhuǎn)換器級封裝（Chip）產(chǎn)品和VIA（集成式電源適配器）解決方案。Chip是Vicor為了應對散熱挑戰(zhàn)而推出的封裝技術，它可以像晶圓制造一樣，利用100％的PCB材料將各個轉(zhuǎn)換器排列起來，而沒有引線/引腳連接占用的空間。然后，陣列被鋸成一個個“芯片級”元件，沒有多余的非增值封裝，從而最大限度減少了客戶設計所使用的空間。VIA則是一個更大的功率元件平臺，提供一個熱適應的、靈活、高密度、低成本外殼給Vicor的前端（FE）功率轉(zhuǎn)換引擎，其中可整合EMI濾波器、瞬態(tài)電壓抑制（TVS）、浪涌保護與數(shù)字通信。針對小型化的應用，Vicor還有SIP、QFN和SM-ChiP三種封裝。對于最熱門的48V到CPU供電單項轉(zhuǎn)換器，Vicor也有相應的產(chǎn)品（VTM），日本的超算就使用了Vicor的電源方案。VTM是十分快速, 功率密度和效率均極高的電流倍增器, 可以符合高端功率應用的要求。其主要優(yōu)點是幾乎可以免除負載電容, 大大提升整個系統(tǒng)的密度和可靠性。

ROHM公司在本次大會上的演講主題是面向工業(yè)設備的電源解決方案。能源與汽車是其目前最為關注的領域，主要產(chǎn)品包括了門極驅(qū)動器、IPM、AC/DC和DC/DC。ROHM的隔離式門級驅(qū)動器主要采用了典型的3相逆變器電路，其隔離技術采用了無線圈變壓器，大幅減小了占板面積，輸入輸出延遲也大幅減小，魯棒性也很高。非隔離式則采用了SOI技術，可以承受600V高壓。IPM方面，ROHM的目標是使用SiC材料，并逐步應用在工業(yè)領域。而且，ROHM還在力推SiC的AC/DC。目前，ROHM已有AC/DC控制器BD768xFJ-LB加SiC MOSFET SCT2H12的整體解決方案。次級側(cè)同步整流控制器也是ROHM主推的系列，這種產(chǎn)品比傳統(tǒng)的整流電路降低了90%的功率損耗，無需單獨進行熱沉降。最后，在工業(yè)變頻器等應用場合，大功率設備會需要絕緣型電源/隔離型電源，ROHM為此推出了無需光電耦合器BD7F系列，因為無需光電耦合器，反激式構建的部件數(shù)量減少一半，可同時實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化、節(jié)電、高可靠性。此外，本系列采用新開發(fā)的自適應導通時間控制，改善了隔離型電源控制IC的課題中的負載響應特性。

在擁抱數(shù)字電源技術的路上，Microchip走的很堅定。數(shù)字電源的可控制性、及時性和可靠性使得各芯片公司都加大了投入。Microchip為數(shù)字電源提供了評估板、設計工具和具有外設的控制器。適用于數(shù)字電源的MPLAB入門工具包，低電壓PFC開發(fā)板和一系列參考設計構成了評估板和參考設計系列。為了便于開發(fā)，Microchip的數(shù)字電源設計套件還具有代碼配置器、補償器庫，只需簡單的步驟就可以開發(fā)出強大的數(shù)字電源產(chǎn)品。至于數(shù)字電源產(chǎn)品本身，Microchip本身也有一個強大的產(chǎn)品線，以dsPIC33EP GS為例，包括多達5個12位ADC（一共多達22個ADC輸入），可提供16 Msps的總吞吐量和300納秒的ADC延遲；還有四個模擬比較器均配有12位DAC，用于精度要求更高的設計；兩個片上可編程增益放大器可用于電流檢測以及其他精密測量。Microchip不斷提高控制器的性能，使之能加快算法執(zhí)行速度，并提高開關頻率，最大限度發(fā)揮數(shù)字電源的優(yōu)勢。

益登科技作為芯片大廠Silicon Labs的代理商也參加了本次大會，演講主題是《應用于快速開關及安全性場景的電容隔離產(chǎn)品》。目前，隔離技術的主流有四種：電容式、巨磁阻、磁和光，Silicon Labs所采用的是電容式。以具體產(chǎn)品為例，Si8xxxx產(chǎn)品中使用的隔離介質(zhì)是二氧化硅，優(yōu)點是有經(jīng)驗證的、好的控制工藝，已經(jīng)使用了超過30年，低缺陷率，電解質(zhì)強度非常高。Silicon Labs的隔離器產(chǎn)品線已經(jīng)包括了多種產(chǎn)品，包括了數(shù)字隔離器產(chǎn)品家族，面向不同系統(tǒng)的IsoDriver產(chǎn)品系列，以及模擬隔離器和隔離ADC。隔離器在工業(yè)應用中發(fā)揮著巨大的作用，如PLC系統(tǒng)，有128個通道，現(xiàn)場輸入可能是流出或吸入類型，光耦不能提供足夠高的速度用于伺服電機控制，且光耦易于受到溫度和老化的影響而性能下降。而Si838x就能解決這個問題，它能節(jié)省大量電路板面積，具有雙極輸入能力，2Mbps速率可提供可靠的伺服控制，在整個長壽命周期都能提供穩(wěn)定和可靠的性能。除此之外，Silicon Labs公司還是頭一家為電動汽車提供數(shù)字隔離器的廠家，其產(chǎn)品滿足汽車級的加工流程，具有DPPM保證，PSW/PCN處理，VDA和16949審計準備就緒?，F(xiàn)在，已有多家電動車OEM廠商采用其產(chǎn)品。在EV/HEV中的電池管理系統(tǒng)，電池充電器（AC充電站或OBC）和電機驅(qū)動牽引逆變器中都有Silicon Labs產(chǎn)品的身影。

沒有精準測試 談不上好的電源

電源的研發(fā)和生產(chǎn)離不開測試，尤其是隨著綠色環(huán)保意識的提升，人們對電源產(chǎn)品的要求越來越高，這也就對電源的測試帶來了新的挑戰(zhàn)，每年的研討會上，關于電源、電池、新能源方面的測試方案廣受聽眾歡迎，也吸引了多家行業(yè)領導測試廠商的參加。今年也不例外，是德科技、鼎陽科技、艾德克斯、羅德與施瓦茨和英國比克科技都帶來了最新的測試解決方案。

是德科技已經(jīng)連續(xù)10多年參加21ic&《今日電子》的電源技術研討會，每年都會帶來最新的電源測試技術和方案。本次研討會上，是德科技的演講題目是“智能設備低功耗、電源管理和電池的深層次測試和分析”。要推進高速發(fā)展的智能設備和物聯(lián)網(wǎng)市場普及，關鍵的要素是保證設備的性能和長工作壽命，這就要求廠商在軟硬件上保證低功耗特性，同時提供高品質(zhì)電池+電源管理。是德科技具有超過50年的經(jīng)驗，可以提供靈活、高效、完整的電源測試平臺?；谑堑驴萍嫉慕鉀Q方案，用戶可以深入洞察智能設備和物聯(lián)網(wǎng)的電源和電池特性。演講中，是德科技介紹了幾項關鍵的測試挑戰(zhàn)：芯片和模塊的高速動態(tài)電流和功耗的測量、智能和物聯(lián)網(wǎng)設備整機功耗的精確評估、小功率低壓DC/DC模塊的快速驗證、電池性能分析。同時，介紹了用于這些測試的得力儀器，例如：CX3300電流波形分析儀、N6705C直流電源綜合測試和分析儀、N6900/N7900系列先進電源系統(tǒng)(APS)、用于電池靜態(tài)內(nèi)阻的仿真的N6705+N6781等。

艾德克斯（ITECH）也是多次參加電源研討會的廠商，艾德克斯致力于功率電子測試領域相關產(chǎn)品和解決方案的研究，擁有極其寬廣的產(chǎn)品線，在電源、電池、汽車電子、新能源等10多個領域提供完整的測試解決方案。此次研討會，艾德克斯帶來了兩個議題，一是關于通用電源測試，介紹了其單機測試和自動化測試方案，其中針對單機測試產(chǎn)品有可編程交/直流電源、可編程交/直流電子負載、功率表等產(chǎn)品，針對自動化測試，主要有ITS9500電源測試系統(tǒng)；第二個議題是關于綠色新能源汽車測試，介紹了艾德克斯汽車充電樁&車載充電機/動力電池/汽車電子/接線盒測試解決方案。

R&S（羅德與施瓦茨）的演講題目是“測量和分析手機外部電源的共模噪聲”。手機的外部電源設計上，共模噪聲是一大挑戰(zhàn)，如果外部適配器共模噪聲不能達到要求，手機外部電源在充電時會給手機帶來不良影響，尤其是觸摸屏手機。為此，各個手機廠商及行業(yè)組織都對手機外部電源的共模噪聲測試提出了嚴格要求，工程師需要對開關電源進行多項參數(shù)指標測試。R&S RTO/RTE 16位高分辨率示波器是應對手機外部電源共模噪聲測試的理想工具，與普通的示波器不同的是，R&S RTO/RTE系列示波器提供了創(chuàng)新的16位HD觸發(fā)和采集系統(tǒng)，集成硬件DDC頻譜分析功能，可提供更多的信號細節(jié)及更精細的分析結果。針對產(chǎn)線測試需求，R&S提供了10位高分辨率嵌入式示波器RTB2000/RTM3000/RTA4000系列，配置長存儲功能，在提供可靠性和測試效率的同時，可大大降低測試成本。

英國比克科技（Pico Technology）的演講題目是“可替代傳統(tǒng)臺式示波器的智能PC示波器”。相比傳統(tǒng)的臺式示波器，口袋大小的PC示波器是現(xiàn)場應用工程師的理想選擇，由于它基于PC顯示，因此可以獲得高分辨率的大屏幕顯示，同時，可以利用PC強大的計算分析能力，在數(shù)據(jù)的傳輸、軟件更新及維護上也更方便。比克科技具有多年PC示波器研發(fā)的經(jīng)驗積累，可提供多達78種型號的產(chǎn)品，高性能型號帶寬支持高達25GHz, 高分辨率型號支持16位分辨率，業(yè)界首臺4路真實差分輸入高分辨率示波器，同時，其示波器標配一系列高端臺式示波器才有的性能：串行解碼、模板容限觸發(fā)、高級函數(shù)、數(shù)字觸發(fā)等。例如，PicoScope 4444示波器有4個真實差分輸入通道、采用12位或14位ADC，分辨率靈活可調(diào)，特別能為普遍的浮地測量帶來更準確的測試結果；PicoScope 4824是一臺具有高分辨率、深存儲的8通道示波器，可以同時捕獲多通道數(shù)據(jù),特別適用于三相電/電源測量應用。另外，其PicoScope 6軟件將所有的工具都包含在一個盒子中，為用戶提供完整的高級分析應用功能。同時，比克科技還提供了軟件開發(fā)工具包PicoScope SDK，用戶可以利用SDK創(chuàng)建自己的研發(fā)項目的特有的應用，具有臺式示波器上不易實現(xiàn)的高度互聯(lián)和定制優(yōu)勢。

鼎陽科技專注于通用電子測試測量，自2005年推出第一款數(shù)字示波器以來，一直是全球發(fā)展速度最快的數(shù)字示波器廠商。此次，鼎陽科技以“電源紋波&輻射測試方法以及特殊應用”為題，介紹了電源紋波&輻射測試應用中，示波器及頻譜儀的選型、參數(shù)設置及注意事項。例如，對于示波器，測量開關管（主流是MOSFET）的系統(tǒng)帶寬建議是100MHz，采樣率建議是250MS/s；測量電源系統(tǒng)的監(jiān)控部分電路的帶寬建議是500MHz，采樣率建議是5GS/s；測量電源紋波的帶寬/采樣率建議是20MHz/250MS/s,測量電源噪聲的帶寬/采樣率建議是500MHz/5GS/s；測量電源的快速瞬變脈沖放電的帶寬/采樣率建議是1GHz/10GS/s。對于頻譜儀，測量電源的輻射推薦采用9kHz～1.5GHz，需配置一套對應的近場探頭，測量器件的幅頻響應曲線需要增加追蹤源選件，測量電源周邊線纜的情況需要增加DTF選件。在演講中，還介紹了一些特殊功能應用，例如：示波器的波特圖、示波器的功率分析,頻譜儀的電源測試應用等。

康模數(shù)爾（COMSOL）公司致力于為工程界和科學界提供多物理場建模的軟件解決方案，此次研討會上，他們的演講題目是“多物理場仿真助力電源設計”。使用計算機模擬的方法研究真實世界中多個物理現(xiàn)象之間的相互作用，這樣仿真的好處是可以幫助工程師更好地理解概念原理，更快地進行測試和驗證，更容易地進行設計和優(yōu)化。對于電源設計工程師，很多領域的設計工作都需要預先的仿真和驗證，例如：IGBT模塊經(jīng)歷反復的電、熱以及機械疲勞，會降低模塊的性能，最終使其失效，仿真可以幫助優(yōu)化設計從而延長其壽命；仿真高壓線電暈放電過程，可以精確分析電力傳輸線周圍的電場分布，評估強放電可能性、電離程度；在無線充電設計中，對線圈阻抗仿真計算可以評估無線充電性能，還可以評估無線充電損耗以及電磁輻射；還有汽車電池動力性能仿真、電池的熱管理、電池SoC計算等。這些電源設計中的多物理場仿真都可以借助康模數(shù)爾的產(chǎn)品COMSOL Multiphysics以及COMSOL Server而輕松實現(xiàn)。

結語

在快速發(fā)展的時代，一切都顯得無序和雜亂，但是電源技術追求高效率、高可靠性的目標從未改變。電子繁榮的時代，電源技術將是永遠的支柱。