隨著新一代半導(dǎo)體材料的逐步成熟，新應(yīng)用場(chǎng)景的登場(chǎng)，電源行業(yè)也在接受技術(shù)的變革和洗禮。電源工程師們?cè)诶^續(xù)追求著功率密度的增加，整流技術(shù)的提升和分布式電源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。同時(shí)，他們也更關(guān)心電源的數(shù)字化和智能化，設(shè)計(jì)工具的人性化，以及如何適應(yīng)這個(gè)快速多變的市場(chǎng)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(shù)研討會(huì)成功舉辦，在全國(guó)七地的60多場(chǎng)演講中，電源工程師們接觸到了最新的技術(shù)和理念，為以后的研發(fā)破除了障礙。

新熱點(diǎn)、新材料、新應(yīng)用登場(chǎng)

GaN技術(shù)在2018年取得很大的進(jìn)展，很多應(yīng)用場(chǎng)景都開始出現(xiàn)GaN器件。作為最早研究GaN技術(shù)的廠商，英飛凌推出了600V GaN HEMT 產(chǎn)品線——CoolGaN。該器件架構(gòu)建立在低成本的硅基材料上，采用了橫向架構(gòu)，很容易構(gòu)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(jìn)行ZVS拓?fù)湓O(shè)計(jì)；同時(shí)，也沒有本征體二極管架構(gòu)和相關(guān)的儲(chǔ)備恢復(fù)問題。CoolGaN的增強(qiáng)模式概念提供快速的開啟和關(guān)閉速度，以及在芯片或封裝級(jí)別上的更佳集成路徑，可實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單且更具成本效益的半橋拓?fù)?。增?qiáng)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(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的， 該工藝遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅功率器件的標(biāo)準(zhǔn)。600V CoolGaN適用于電信, 數(shù)據(jù)通信, 服務(wù)器SMPS以及大多數(shù)其他工業(yè)和消費(fèi)類應(yīng)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(shì)。英飛凌還專門為CoolGaN配備了驅(qū)動(dòng)器——1EDi-G1 EiceDriver系列，其具有獨(dú)立于占空比的開關(guān)特性，兩個(gè)關(guān)斷電壓，即使對(duì)于第一個(gè)脈沖，也可使用負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)電壓。

無線充電是當(dāng)前電源市場(chǎng)的最大熱點(diǎn)，有Qi和PMA兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其中，Qi標(biāo)準(zhǔn)由于得到了蘋果等公司的支持，已經(jīng)成為主流標(biāo)準(zhǔn)。意法半導(dǎo)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(jī)功耗僅16mW，端到端的效率能夠達(dá)到80%，此外位置檢測(cè)、FOD、Q因數(shù)測(cè)量的功能也一應(yīng)俱全。該產(chǎn)品集成有一個(gè)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(shè)計(jì)中集成軟件和使用額外微控制器，即可完成方案設(shè)計(jì)。STWBC-EP的架構(gòu)讓設(shè)計(jì)人員能夠靈活地優(yōu)化外部半橋及相關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)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(dú)有技術(shù)，給用戶更好使用體驗(yàn)。這些獨(dú)有技術(shù)包括可以提升主動(dòng)存在檢測(cè)性能的ST專利技術(shù)，當(dāng)一個(gè)兼容設(shè)備放在充電區(qū)時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)可以快速喚醒系統(tǒng)。此項(xiàng)專利技術(shù)還能提升異物檢測(cè)(FOD)性能，當(dāng)含有金屬的物體距充電器過近時(shí)，這項(xiàng)檢測(cè)功能可以自動(dòng)切斷電源，防止過熱現(xiàn)象發(fā)生。

在本次電源大會(huì)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(chǎng)。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(lǐng)先者，其單模塊電源的效率達(dá)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(gè)領(lǐng)域，電壓范圍從交流48V直到芯片級(jí)。該公司在18年推出了最新的BMR481模塊，其采用了領(lǐng)先的混合調(diào)節(jié)比(HRR)技術(shù)，能夠更好地利用電源系統(tǒng)在其寬輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)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(biāo)準(zhǔn)底板，但對(duì)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(dòng)態(tài)總線電壓和分布式電源架構(gòu)，還能為采用多節(jié)電池供電的高端和高功率應(yīng)用或ICT應(yīng)用中常用的整流器供電。在BMR481的基礎(chǔ)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(dá)到1.8V/100A，采用AVS總線或SVID控制，最大可進(jìn)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(xì)數(shù)該公司的產(chǎn)品，包括了專有的ZVS及ZCS轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）LGA模塊，VI Chip，轉(zhuǎn)換器級(jí)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(yīng)對(duì)散熱挑戰(zhàn)而推出的封裝技術(shù)，它可以像晶圓制造一樣，利用100％的PCB材料將各個(gè)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(gè)個(gè)“芯片級(jí)”元件，沒有多余的非增值封裝，從而最大限度減少了客戶設(shè)計(jì)所使用的空間。VIA則是一個(gè)更大的功率元件平臺(tái)，提供一個(gè)熱適應(yīng)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(hù)與數(shù)字通信。針對(duì)小型化的應(yīng)用，Vicor還有SIP、QFN和SM-ChiP三種封裝。對(duì)于最熱門的48V到CPU供電單項(xiàng)轉(zhuǎn)換器，Vicor也有相應(yīng)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(yīng)用的要求。其主要優(yōu)點(diǎn)是幾乎可以免除負(fù)載電容, 大大提升整個(gè)系統(tǒng)的密度和可靠性。

ROHM公司在本次大會(huì)上的演講主題是面向工業(yè)設(shè)備的電源解決方案。能源與汽車是其目前最為關(guān)注的領(lǐng)域，主要產(chǎn)品包括了門極驅(qū)動(dòng)器、IPM、AC/DC和DC/DC。ROHM的隔離式門級(jí)驅(qū)動(dòng)器主要采用了典型的3相逆變器電路，其隔離技術(shù)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(shù)，可以承受600V高壓。IPM方面，ROHM的目標(biāo)是使用SiC材料，并逐步應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)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(jí)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(dú)進(jìn)行熱沉降。最后，在工業(yè)變頻器等應(yīng)用場(chǎng)合，大功率設(shè)備會(huì)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?yàn)闊o需光電耦合器，反激式構(gòu)建的部件數(shù)量減少一半，可同時(shí)實(shí)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(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制，改善了隔離型電源控制IC的課題中的負(fù)載響應(yīng)特性。

在擁抱數(shù)字電源技術(shù)的路上，Microchip走的很堅(jiān)定。數(shù)字電源的可控制性、及時(shí)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(píng)估板、設(shè)計(jì)工具和具有外設(shè)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(shè)計(jì)構(gòu)成了評(píng)估板和參考設(shè)計(jì)系列。為了便于開發(fā)，Microchip的數(shù)字電源設(shè)計(jì)套件還具有代碼配置器、補(bǔ)償器庫，只需簡(jiǎn)單的步驟就可以開發(fā)出強(qiáng)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(gè)強(qiáng)大的產(chǎn)品線，以dsPIC33EP GS為例，包括多達(dá)5個(gè)12位ADC（一共多達(dá)22個(gè)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(gè)模擬比較器均配有12位DAC，用于精度要求更高的設(shè)計(jì)；兩個(gè)片上可編程增益放大器可用于電流檢測(cè)以及其他精密測(cè)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(guān)頻率，最大限度發(fā)揮數(shù)字電源的優(yōu)勢(shì)。

益登科技作為芯片大廠Silicon Labs的代理商也參加了本次大會(huì)，演講主題是《應(yīng)用于快速開關(guān)及安全性場(chǎng)景的電容隔離產(chǎn)品》。目前，隔離技術(shù)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(diǎn)是有經(jīng)驗(yàn)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(qiáng)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(yīng)用中發(fā)揮著巨大的作用，如PLC系統(tǒng)，有128個(gè)通道，現(xiàn)場(chǎng)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(jī)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(gè)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(gè)長(zhǎng)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(dòng)汽車提供數(shù)字隔離器的廠家，其產(chǎn)品滿足汽車級(jí)的加工流程，具有DPPM保證，PSW/PCN處理，VDA和16949審計(jì)準(zhǔn)備就緒。現(xiàn)在，已有多家電動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)牽引逆變器中都有Silicon Labs產(chǎn)品的身影。

沒有精準(zhǔn)測(cè)試 談不上好的電源

電源的研發(fā)和生產(chǎn)離不開測(cè)試，尤其是隨著綠色環(huán)保意識(shí)的提升，人們對(duì)電源產(chǎn)品的要求越來越高，這也就對(duì)電源的測(cè)試帶來了新的挑戰(zhàn)，每年的研討會(huì)上，關(guān)于電源、電池、新能源方面的測(cè)試方案廣受聽眾歡迎，也吸引了多家行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)測(cè)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(guó)比克科技都帶來了最新的測(cè)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(shù)研討會(huì)，每年都會(huì)帶來最新的電源測(cè)試技術(shù)和方案。本次研討會(huì)上，是德科技的演講題目是“智能設(shè)備低功耗、電源管理和電池的深層次測(cè)試和分析”。要推進(jìn)高速發(fā)展的智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)普及，關(guān)鍵的要素是保證設(shè)備的性能和長(zhǎng)工作壽命，這就要求廠商在軟硬件上保證低功耗特性，同時(shí)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(yàn)，可以提供靈活、高效、完整的電源測(cè)試平臺(tái)。基于是德科技的解決方案，用戶可以深入洞察智能設(shè)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(xiàng)關(guān)鍵的測(cè)試挑戰(zhàn)：芯片和模塊的高速動(dòng)態(tài)電流和功耗的測(cè)量、智能和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備整機(jī)功耗的精確評(píng)估、小功率低壓DC/DC模塊的快速驗(yàn)證、電池性能分析。同時(shí)，介紹了用于這些測(cè)試的得力儀器，例如：CX3300電流波形分析儀、N6705C直流電源綜合測(cè)試和分析儀、N6900/N7900系列先進(jìn)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(huì)的廠商，艾德克斯致力于功率電子測(cè)試領(lǐng)域相關(guān)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(gè)領(lǐng)域提供完整的測(cè)試解決方案。此次研討會(huì)，艾德克斯帶來了兩個(gè)議題，一是關(guān)于通用電源測(cè)試，介紹了其單機(jī)測(cè)試和自動(dòng)化測(cè)試方案，其中針對(duì)單機(jī)測(cè)試產(chǎn)品有可編程交/直流電源、可編程交/直流電子負(fù)載、功率表等產(chǎn)品，針對(duì)自動(dòng)化測(cè)試，主要有ITS9500電源測(cè)試系統(tǒng)；第二個(gè)議題是關(guān)于綠色新能源汽車測(cè)試，介紹了艾德克斯汽車充電樁&車載充電機(jī)/動(dòng)力電池/汽車電子/接線盒測(cè)試解決方案。

R&S（羅德與施瓦茨）的演講題目是“測(cè)量和分析手機(jī)外部電源的共模噪聲”。手機(jī)的外部電源設(shè)計(jì)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(dá)到要求，手機(jī)外部電源在充電時(shí)會(huì)給手機(jī)帶來不良影響，尤其是觸摸屏手機(jī)。為此，各個(gè)手機(jī)廠商及行業(yè)組織都對(duì)手機(jī)外部電源的共模噪聲測(cè)試提出了嚴(yán)格要求，工程師需要對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行多項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)測(cè)試。R&S RTO/RTE 16位高分辨率示波器是應(yīng)對(duì)手機(jī)外部電源共模噪聲測(cè)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(hào)細(xì)節(jié)及更精細(xì)的分析結(jié)果。針對(duì)產(chǎn)線測(cè)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(zhǎng)存儲(chǔ)功能，在提供可靠性和測(cè)試效率的同時(shí)，可大大降低測(cè)試成本。

英國(guó)比克科技（Pico Technology）的演講題目是“可替代傳統(tǒng)臺(tái)式示波器的智能PC示波器”。相比傳統(tǒng)的臺(tái)式示波器，口袋大小的PC示波器是現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)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(shí)，可以利用PC強(qiáng)大的計(jì)算分析能力，在數(shù)據(jù)的傳輸、軟件更新及維護(hù)上也更方便。比克科技具有多年P(guān)C示波器研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)積累，可提供多達(dá)78種型號(hào)的產(chǎn)品，高性能型號(hào)帶寬支持高達(dá)25GHz, 高分辨率型號(hào)支持16位分辨率，業(yè)界首臺(tái)4路真實(shí)差分輸入高分辨率示波器，同時(shí)，其示波器標(biāo)配一系列高端臺(tái)式示波器才有的性能：串行解碼、模板容限觸發(fā)、高級(jí)函數(shù)、數(shù)字觸發(fā)等。例如，PicoScope 4444示波器有4個(gè)真實(shí)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(cè)量帶來更準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果；PicoScope 4824是一臺(tái)具有高分辨率、深存儲(chǔ)的8通道示波器，可以同時(shí)捕獲多通道數(shù)據(jù),特別適用于三相電/電源測(cè)量應(yīng)用。另外，其PicoScope 6軟件將所有的工具都包含在一個(gè)盒子中，為用戶提供完整的高級(jí)分析應(yīng)用功能。同時(shí)，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(xiàng)目的特有的應(yīng)用，具有臺(tái)式示波器上不易實(shí)現(xiàn)的高度互聯(lián)和定制優(yōu)勢(shì)。

鼎陽科技專注于通用電子測(cè)試測(cè)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(cè)試方法以及特殊應(yīng)用”為題，介紹了電源紋波&輻射測(cè)試應(yīng)用中，示波器及頻譜儀的選型、參數(shù)設(shè)置及注意事項(xiàng)。例如，對(duì)于示波器，測(cè)量開關(guān)管（主流是MOSFET）的系統(tǒng)帶寬建議是100MHz，采樣率建議是250MS/s；測(cè)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(cè)量電源紋波的帶寬/采樣率建議是20MHz/250MS/s,測(cè)量電源噪聲的帶寬/采樣率建議是500MHz/5GS/s；測(cè)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(duì)于頻譜儀，測(cè)量電源的輻射推薦采用9kHz～1.5GHz，需配置一套對(duì)應(yīng)的近場(chǎng)探頭，測(cè)量器件的幅頻響應(yīng)曲線需要增加追蹤源選件，測(cè)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(yīng)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(cè)試應(yīng)用等。

康模數(shù)爾（COMSOL）公司致力于為工程界和科學(xué)界提供多物理場(chǎng)建模的軟件解決方案，此次研討會(huì)上，他們的演講題目是“多物理場(chǎng)仿真助力電源設(shè)計(jì)”。使用計(jì)算機(jī)模擬的方法研究真實(shí)世界中多個(gè)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(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，更容易地進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。對(duì)于電源設(shè)計(jì)工程師，很多領(lǐng)域的設(shè)計(jì)工作都需要預(yù)先的仿真和驗(yàn)證，例如：IGBT模塊經(jīng)歷反復(fù)的電、熱以及機(jī)械疲勞，會(huì)降低模塊的性能，最終使其失效，仿真可以幫助優(yōu)化設(shè)計(jì)從而延長(zhǎng)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(chǎng)分布，評(píng)估強(qiáng)放電可能性、電離程度；在無線充電設(shè)計(jì)中，對(duì)線圈阻抗仿真計(jì)算可以評(píng)估無線充電性能，還可以評(píng)估無線充電損耗以及電磁輻射；還有汽車電池動(dòng)力性能仿真、電池的熱管理、電池SoC計(jì)算等。這些電源設(shè)計(jì)中的多物理場(chǎng)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(shí)現(xiàn)。

結(jié)語

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