低噪聲+高功率密度 電源行業先進器件和應用
發布時間:2023-10-21 來源:世健 責任編輯:wenwei
【導讀】電dian源yuan管guan理li可ke以yi有you效xiao地di將jiang電dian源yuan分fen配pei給gei係xi統tong中zhong的de不bu同tong組zu件jian,通tong過guo控kong製zhi和he監jian測ce電dian源yuan係xi統tong中zhong電dian壓ya或huo電dian流liu的de輸shu入ru和he輸shu出chu,保bao證zheng電dian源yuan係xi統tong的de安an全quan穩wen定ding與yu高gao效xiao運yun行xing。因yin此ci,電dian源yuan產chan品pin性xing能neng的de優you劣lie會hui直zhi接jie影ying響xiang整zheng個ge係xi統tong的de運yun行xing效xiao率lv和he使shi用yong周zhou期qi,在zai電dian子zi設she備bei中zhong至zhi關guan重zhong要yao。常chang見jian的de電dian源yuan管guan理li芯xin片pian有you線xian性xing穩wen壓ya器qi(LDO)、電荷泵(charge pump)、DC-DC轉換器、AC-DC轉換器等,應用領域涵蓋消費電子,工業、汽qi車che以yi及ji電dian信xin設she備bei等deng幾ji乎hu所suo有you數shu字zi化hua場chang景jing。近jin年nian來lai隨sui著zhe汽qi車che和he消xiao費fei電dian子zi等deng行xing業ye的de需xu求qiu迅xun速su增zeng長chang,電dian源yuan管guan理li也ye成cheng為wei了le電dian子zi行xing業ye增zeng長chang最zui快kuai的de領ling域yu之zhi一yi。
ADI電源新技術
P90技術簡介
P90是ADI公司的大批量先進電源平台技術,也是目前其電源產品大量應用的工藝。P90工藝最大的優勢就是在5V~80V工業電源的應用場合擁有業界領先的RA密度,即晶體管電阻麵積(Resistance Area),相同晶體管的條件下麵積越小越好,因為這樣會降低工業成本,也就是說P90技術實現了高效率和低成本的平衡。
基於P90技術的產品比上一代有更大的提升,比如同樣都是90nm的工藝,P90就比S90的晶圓成本低30%,比上一代的S18的晶圓成本低10%。P90工藝兼容1.8V和5V的CMOS工藝,目前的很多產品電壓越做越低、電流越做越大,比如目前人工智能等運算量大的應用場合,電流都是幾十安培以上,相比之下P90工藝更適合這些低壓大電流的場合,同時也可以兼容到和邏輯直接接口的產品。
此外,P90在用於配置參數的電源應用產品,或內置MCU控製器的一些電源類產品可以最高支持32KB集成閃存。值得一提的是,P90目前都是用更高電導率的銅材料作為互聯的,可以實現一些電流密度更高、阻抗更低的要求,而且可承受更大的衝擊。
Silent Switcher 3
ADI公司的Silent Switcher® 技術是開關模式電源問世以來電源領域的先進成果之一。這項降噪技術在許多噪聲敏感應用中改善了EMI性能,提高了係統效率、輸出紋波性能,縮小了解決方案總體尺寸。ADI的開創性設計社區仍在繼續開發Silent Switcher技術,以進一步降低係統噪聲水平,不斷擴大應用範圍覆蓋更多領域。
Silent Switcher穩壓器可提供新的性能水平,同時具有高效率(高達96%)和低噪聲性能,不會影響尺寸,也不需要過多的外部元件。Silent Switcher架構使用專有設計和封裝技術,以盡可能在高頻率下實現更高效率,提供更低的EMI性能,並通過使用非常緊湊可靠的設計,以便更容易通過CISPR 25 5類EMI 峰值限製。
Silent Switcher解決方案支持高達65 V的輸入電壓、高達30 A的負載電流,以及最小導通時間短導致的高降壓比,適合眾多應用,包括工業、儀器儀表和測量、醫療健康、航空航天、通信、汽車、能源、數據中心等。
與ADI合作了三十多年的技術型授權代理商Excelpoint世健多年來基於ADI的產品和解決方案組合,打造了多個貼近客戶應用需求的解決方案並獲得了市場的認可。針對ADI的儲能係統產品,世健結合當前市場,重點推薦一款基於Silent Switcher 3技術的產品LT8625S。
LT8625S同步降壓調節器將超低噪聲基準與Silent Switcher架構相結合實現了高效和卓越的低頻(0.1Hz~100kHz)輸出噪聲性能,同時基於最新的Silent Switcher 3架構,最大限度地減少了EMI發射,同時在高開關頻率下提供了高效率,是高電流、噪聲敏感應用的理想選擇。
汽車電源
汽車電源ASIL
ASIL(Automotive Safety Integrity Level)是汽車安全完整性等級,最新的ISO 26262標準是以安全相關電子電氣係統的特點,基於IEC 61508《安全相關電氣/電子/可編程電子係統功能安全》製定的道路車輛功能安全標準,該標準為開發車規產品提供了一個符合ASIL的框架。
ISO 26262是史上第一個適用於大批量量產產品的功能安全(Functional Safety)標準,僅針對安全相關電子電氣係統,包含電機、電子與軟件零件,不適用於機械、液壓等非電子電氣係統。
隨著越來越多的ECU等(deng)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)被(bei)應(ying)用(yong),安(an)全(quan)的(de)設(she)計(ji)在(zai)汽(qi)車(che)領(ling)域(yu)越(yue)來(lai)越(yue)被(bei)重(zhong)視(shi)。在(zai)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)主(zhu)動(dong)安(an)全(quan)市(shi)場(chang)的(de)驅(qu)動(dong)下(xia),影(ying)響(xiang)人(ren)類(lei)安(an)全(quan)的(de)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)必(bi)須(xu)要(yao)有(you)很(hen)高(gao)的(de)功(gong)能(neng)可(ke)靠(kao)性(xing),所(suo)以(yi)通(tong)過(guo)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)(設計和生產)特殊程序和要求的相關電子電氣係統都需要遵循一個標準且完整的功能安全框架(ASIL)。
汽車電源管理
ADI公司專為汽車設計的電源產品覆蓋汽車座艙電子和信息娛樂係統、車輛自動駕駛和安全、汽車LED驅動器以及電池管理和動力總成等電氣化係統,確保其符合ASIL框架。不同的產品可以實現不同的功能,包括電壓調節、直流轉換等。
ADI在汽車電源產品有5大戰略目標:高性能(高效率、低功耗、低噪聲)、ASIL(ADAS解決方案)、聯合開發、高功率密度、小型化。正如上麵所說,ADI擁有非常全麵的汽車電源管理產品。接下來,我們將從無電感(電荷泵)DC/DC轉換器、LDO 線性穩壓器以及PMIC 和多功能來闡述說明。
首先,ADI的電荷泵係列提供最廣泛的簡單緊湊型無電感DC/DC轉換器設計,包括降壓、升壓、降壓-升壓以及反向等多種子分類。這些轉換器可用於升壓、降jiang壓ya或huo反fan相xiang輸shu入ru電dian壓ya。由you於yu不bu需xu要yao電dian感gan,這zhe些xie開kai關guan電dian容rong轉zhuan換huan器qi可ke簡jian化hua設she計ji,且qie解jie決jue方fang案an尺chi寸cun很hen小xiao。此ci外wai,通tong過guo片pian內nei集ji成cheng擴kuo頻pin技ji術shu,大da幅fu降jiang低di了le輸shu入ru和he輸shu出chu噪zao聲sheng。
其中,穩壓降壓型電荷泵係列用於將輸入電壓遞降/jiangyazhijiaodidetiaojieshuchudianya。kaiguandianrongzhuanhuanqinenggoubichuantongdianganqiehuanqitigonggengxiaodejiejuefanganchicunhegengjianhuadesheji,tongshibixianxingwenyaqitigonggenggaodexiaolvhegengdideyunxingwendu。zhuyaotexingbaokuodijingtaidianliu、具有自動模式切換功能以保持穩壓的多模式操作、高達500mA的Iout、低噪聲恒頻操作、突發模式(Burst Mode®)操作、過溫、故障和短路保護。
穩wen壓ya升sheng壓ya電dian荷he泵beng係xi列lie用yong於yu將jiang輸shu入ru電dian壓ya提ti高gao或huo提ti升sheng至zhi更geng高gao水shui平ping的de穩wen壓ya輸shu出chu電dian壓ya。由you於yu不bu需xu要yao電dian感gan,與yu傳chuan統tong的de感gan性xing開kai關guan相xiang比bi,這zhe些xie開kai關guan電dian容rong轉zhuan換huan器qi提ti供gong很hen小xiao的de解jie決jue方fang案an尺chi寸cun和he簡jian單dan設she計ji。主zhu要yao特te性xing包bao括kuo低di靜jing態tai電dian流liu、具有自動模式切換功能以保持穩壓的多模式操作、高達500mA的Iout、低噪聲恒頻操作、突發模式(Burst Mode®)操作、過溫、故障和短路保護。
穩壓降壓-升壓電荷泵係列接受高於、等deng於yu或huo低di於yu輸shu出chu電dian壓ya的de輸shu入ru電dian壓ya,並bing且qie可ke用yong於yu將jiang輸shu入ru電dian壓ya升sheng高gao或huo下xia降jiang至zhi穩wen定ding輸shu出chu電dian壓ya。由you於yu不bu再zai使shi用yong電dian感gan,這zhe些xie開kai關guan電dian容rong轉zhuan換huan器qi可ke作zuo為wei開kai關guan穩wen壓ya器qi拓tuo撲pu的de替ti代dai方fang案an,減jian小xiao解jie決jue方fang案an的de尺chi寸cun並bing簡jian化hua設she計ji。主zhu要yao特te性xing包bao括kuo低di靜jing態tai電dian流liu、具有自動模式切換功能以保持穩壓的多模式操作、高達500mA的Iout、低噪聲恒頻操作、突發模式(Burst Mode®)操作、過溫、故障和短路保護。
其次,ADI擁有各類高性能低壓降(LDO)線性穩壓器,這些 LDO 線性穩壓器提供極低壓差、快速瞬態響應和出色的線路和負載調整,並具有在有線/無線和音頻係統、FPGA/DSP/µC 電源以及 RF 和儀器儀表領域的最終應用中增加性能價值的功能,無論是需要低噪聲、高 PSRR 還是緊湊封裝。
ADI的電源管理IC(PMIC)產品組合了電池充電、電源通路(PowerPath™)控製、以及一個或多個 DC-DC 穩壓器,旨在實現針對手持式產品的完整電源解決方案。PowerPath 產品和架構允許從VIN hedianchixiangfuzaigongdian,congerquebaojiaoduandechongdianshijian,bingweibianxieshishebeishejitigonggengdadelinghuoxing。tamenhaikezaidianchidianlianghaojindeqingkuangxiayuxitongzhongshixian“即時接通”。其他特點包括用於 USB 和牆上適配器的雙路輸入、開關穩壓器、比較器或 LDO。
工業電源
SIMO
SIMO(Single-Inductor Multiple-Output)指的是一種單電感多輸出的架構。在傳統開關電源設計中,每個開關電源都需要一個外部電感,多路輸出就需要多個電感。SIMO既降低了BOM成本,也減小了PCB麵積。多路均為開關式輸出,因此具有更高的效率,將電能最大限度提供給係統應用而不是被消耗,也會延長係統的工作時間。
SIMO架構為需要較長電池壽命的微型設備提供了出色的解決方案。傳統的開關穩壓器拓撲中擁有多個電感,這些電感體積大、成本高,對小尺寸產品來說是一個不利因素。線性穩壓器速度快、結構緊湊、噪音低,但會產生損耗。將多個低壓差穩壓器(LDO)與DC-DC轉換器混合使用,比單獨使用LDO的設計尺寸要大。
SIMO架構能夠在較小的設備中實現集成功能,無需使用多個分立元件。通過減少所需電感的數量,同時仍保持開關轉換器的效率,SIMO架構幾乎是小型超低功耗設計的理想拓撲結構。
圖.SIMO架構框圖
電感飽和電流(ISAT)shidianganxiajiangyidingbaifenbishidedianliu,tayougeidingcixincailiaohejiegoudediangancixinchicunjueding。tongguojiangjigedianganzuhechengyige,keyijianxiaosuoxudiangandezongtichicun。SIMO具有以下優點:
1.進一步節約了成本,減小了尺寸;
2.可用元件值實現量化;
3.時分複用:如果一個係統在另一個係統開啟時處於關閉狀態,它們可以“共享”所需的ISAT;
4.均值:即使沒有專用時隙,電流使用峰值也經常出現在不同的時間。這導致ISAT要求降低。
Excelpoint世健對比發現ADI公司的SIMO轉換器提供了兼顧尺寸和損耗考量的優化方案。其架構能夠以單個DC-DC的尺寸,提供DC-DC轉換器的優勢,同時還集成幾個LDO。減少電感數量後,無需考慮電感之間的空間,有助於進一步減小總尺寸。
ADI的SIMO電源管理IC係列使用一個電感來提供多個開關降壓-升壓調節器。高效轉換有利於延長電池壽命,超緊湊的尺寸和低物料成本則為空間有限的可穿戴設備、耳機、物聯網和其他電池供電的小型消費電子設備提供非常合用的解決方案。
此外,附加的集成功能和特性進一步簡化了低功耗便攜式設備的設計,是通過集成電池管理(充電器和燃油表)、對噪聲敏感的電源軌的LDO輸出,以及用於控製上電和關斷的板載時序控製器等功能實現的。I2C接口提供完全定製電源管理IC的能力,支持動態電壓調節(DVS),以實現進一步節能和自定義的電源使用。
比如新型電源管理IC(PMIC)MAX77650和MAX77651采用微功耗SIMO降壓-升壓DC-DC轉換器設計。PMIC中集成的150mA LDO為噪聲敏感型應用提供紋波抑製。在MAX77650/MAX77651中,SIMO通過單個電感提供三個獨立可編程電源軌,支持實現創新的電源管理解決方案。與其他分立解決方案相比,高度集成的SIMO架構有助於顯著減小整體解決方案的尺寸。
NANOPOWER
Nanopower是一種特別的技術,可以使單功能模擬信號IC和混合信號IC消耗的電源電流或靜態電流(IQ)低於1μA,幫助大幅降低功耗,從而延長電池的使用壽命。Excelpoint世健發現ADI公司的nanoPower Technology™產品使設計人員可選用更小巧的電池,減少電池充電或更換電池需求,從而延長產品正常運行時間。
電池供電應用繼續呈指數增長,包括數量龐大的物聯網(IoT)設備、可穿戴設備、健康狀態監控器和現場傳感器。這些設備突破了技術極限,要求實現更長的運行時間、更低的散熱和更小巧的外形。靜態電流(IQ)是占空比係統中的主要功耗因素,降低靜態電流有助於發揮係統優勢。
Excelpoint世健認為,ADI的nanoPower Technology產品消耗的靜態電流不到1 μA,使係統能夠發揮出色性能,實現更低散熱和更長的工作壽命。世健結合當前市場,重點推薦MAX38640–MAX38643係列。
MAX38640–MAX38643是超低330nA靜態電流降壓(降壓)DC-DC轉換器的nanoPower係列,其工作電壓為1.8V至5.5V,支持高達175mA、350mA、700mA的負載電流,峰值效率為96%,隻有5nA的停機電流。這些器件提供超低的靜態電流、小的總解決方案尺寸和整個負載範圍內的高效率,因此非常適合電池壽命較長的電池應用。
MAX38640–MAX38643係列采用獨特的控製方案,可在寬輸出電流範圍內實現超低靜態電流和高效率。MAX38642不包括停機時的有源放電電阻器,該電阻器允許輸出由另一個電源或充電的輸出電容器調節或保持高電平。
MAX38640–MAX38643器件提供1.42mm x 0.89mm 6引腳WLP(2 x 3凸塊,0.4mm間距),以及2mm x 2mm 6引腳和微型DFN包,所有零件都指定在-40°C至+85°C擴展溫度範圍。
綜上所述,Excelpoint世健認為,ADI公司的電源新技術和解決方案不僅通過先進的設計和封裝技術滿足嚴格的電源要求,包括出色的功率密度、超低噪聲技術和出色的可靠性,同時也為市場未來的技術創新提供了基礎,能幫助市場更好地迎接各類挑戰。
關於世健——亞太區領先的元器件授權代理商
世健是完整解決方案的供應商,為亞洲電子廠商包括原設備生產商(OEM)、原設計生產商(ODM)和電子製造服務提供商(EMS)提供優質的元器件、工程設計及供應鏈管理服務。多次被權威雜誌和行業機構列入全球領先分銷商榜單。
世(shi)健(jian)與(yu)供(gong)應(ying)商(shang)及(ji)電(dian)子(zi)廠(chang)商(shang)緊(jin)密(mi)協(xie)作(zuo),為(wei)新(xin)的(de)科(ke)技(ji)與(yu)趨(qu)勢(shi)作(zuo)出(chu)定(ding)位(wei),並(bing)幫(bang)助(zhu)客(ke)戶(hu)把(ba)這(zhe)些(xie)最(zui)先(xian)進(jin)的(de)科(ke)技(ji)揉(rou)合(he)於(yu)他(ta)們(men)的(de)產(chan)品(pin)當(dang)中(zhong)。世(shi)健(jian)分(fen)別(bie)在(zai)新(xin)加(jia)坡(po)、中(zhong)國(guo)及(ji)越(yue)南(nan)設(she)有(you)研(yan)發(fa)中(zhong)心(xin),專(zhuan)業(ye)的(de)研(yan)發(fa)團(tuan)隊(dui)不(bu)斷(duan)創(chuang)造(zao)新(xin)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an),幫(bang)助(zhu)客(ke)戶(hu)提(ti)高(gao)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)並(bing)縮(suo)短(duan)產(chan)品(pin)上(shang)市(shi)時(shi)間(jian)。世(shi)健(jian)研(yan)發(fa)的(de)完(wan)整(zheng)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)及(ji)參(can)考(kao)設(she)計(ji)可(ke)應(ying)用(yong)於(yu)工(gong)業(ye)、無線通信及消費電子等領域。
世健擁有超過35年曆史、逾700名員工,業務擴展至亞太區的49個城市和地區,遍及新加坡、馬來西亞、泰國、越南、中國、印度、印度尼西亞、菲律賓及澳大利亞等十多個國家。1993年,世健在香港設立區域總部——世健係統(香港)有限公司,正式開始發展中國業務。目前,世健在中國擁有十多家分公司和辦事處,遍及中國主要大中型城市。憑借專業的研發團隊、頂尖的現場應用支持以及豐富的市場經驗,世健在中國業內享有領先地位。
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