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                减小EMI,提高密度和集成隔离是2019年电源发展的給我漲三大趋势


                作者:Jeff Morroni    时间:2019/5/25 9:38:21  来源:   
                毫无疑问,电源在调节、传输和功耗等各个方面都成为日益重要的话 嗤题▲。人们期望产品功能日趋多样、性能更强大、更智能、外观更加酷炫,业界看到了关注电源相关问题的重要意义。展望2019年,三大广泛的问题最受关注,即:密度、EMI和隔离(信号和电↓源)。

                 

                实现更高的密度:将更多电源管理放入更小的空间

                由于IC光刻工艺和每个功能运行功率的大幅缩减,使得芯片上可集成更多功能和栅极,对成品的总々体功率需求迅速增长,如图1所示。一些处理器现在可以消耗几百安培电流,并且可以在不到一微秒的时间内从低电流状态上升到完全激活状态。通过降低损耗和提高热性能实现“在硬币大小的面积上达到千瓦级功率”的密度目标☉并非一句玩笑话。

                 

                问题不仅在于管理功率和因此产生的功耗。由于存在基本的I2R损耗,即使在电源负载路径中明显“可忽略”的电阻也成为了有效功率输送的主要障碍:在200 A时,仅1mΩ的引线/走 四倍攻擊线电阻可导致出现0.2 V IR压降和40 W损耗。此外,因为可以靠近负载放置,使用较小的转换器也存在两难问题,,这一方面有利于减少走线损耗和噪声拾取,但也成为负载附近的一个发热源,导致温度升高。

                 

                与功率密度相关的趋⌒势:单颗“魔弹”可能无法解决密度难题。解决方案将包括跨学科改进,将导致:

                 

                ·更高频率的开关;

                ·将电源管∩理功能(或其电感)移到处理器散热器下方;

                ·更高的轨电压,如48 V,以最小化IC压降;

                ·新封装类型;

                ·将无源元件集成到芯片上或封装中。

                 

                减小EMI:发射导致出果然看到那藍發青年正朝一絲光線现性能不确定和拒绝调节

                 

                随着大香蕉网站产品更广泛、更深入地扩展到大★众操你啦影院应用中,降低EMI已成为一个更大的问题,快速了解一下当今的汽车就能证明。实际上,由于难以抑制AM波段EMI,一些ζ电动汽车/混合动力汽车不再提供AM无线电选项。当然,汽车中的EMI不仅仅会影响无线电,还会影响任务关键型ADAS(先进驾驶辅助系攻擊统)功能,如自适应巡航控制雷达。

                 

                对设ω 计人员来说,EMI方面的挑战在于它通常更像是一门艺术,而非一门科⊙学。建模是一个难题,其解决方案通常需要反复试Ψ验才能将其降至所需的最大值。此外,EMI并非单一实体,而是具有不同的来源、路径和咻外观。例如,通常引线布线和PCB布局会产生较强的辐射EMI,而转换器设计和无【源滤波器网络则产生更强的传导差分模式EMI。

                 

                与EMI相关的趋势:无源滤波器之类的解决方案是可用的并且可「能非常有用,但它们在尺寸、重量和成本的可削减区域内仅可达到※一定水平。更㊣ 大的机会在于IC供应商如何从源头解决EMI问题,从而提▆供更好的结果并增强易用性,以满足必要的合规标准要求。

                 

                这些解决方案详细介绍了噪声的基本原理,并将降噪噪就去吻进行了分层:

                ·增加使用扩频就去吻来扩散噪声能量,从ω而降低其在整个频谱上的峰值;

                ·封装,包括集成无源元件,可减少开关时引起电压尖峰和振铃的寄生效应;

                ·调制功率器件栅∞极驱动,以减少产生噪声的dV/dt回转,同时不影响效澹臺洪烈跟玄雨率。

                 

                增强隔离:确保A点与B点之间无◤电流路径

                 

                尽管电气隔离就去吻已经使用了很多年,但新工程师通常对其了解甚少。简而言之,它提供了一个屏障,因此输入和输◆出级之间没有欧姆(电流)路径,但允许电源和信号能量通过该屏障。可以通过各种方法来实现隔离,包括光学、磁性、电容或小型RF耦合,如图3。

                 

                电流隔离最※常成为以下两个主要目的之一。首先,它为具有内部潜在危险性高电压系统的用户¤提供了安全性,它可以确保系统中存在任何内部故障时,都无法影响到用户。其次,它实现了一大类创新型电源系统架构,其中初级侧和次级侧之间必须没有可卐能的公共电流,例如当一侧接地时,另一侧处于不接地连接的→“浮动”状态。

                 

                人们对隔离的需求受到各种情况的驱动,例如工厂自∑ 动化、广泛的人机界面(HMI)、太阳能电池板和医疗仪器█。GaN和SiC功率器↑件的dV/dt额定值较高也推动了具有挑战性的隔离要求。

                 

                与隔离有关的趋势:隔离可以仅用于▼电源轨、信号线(数据)或同时用于两者。理想情况下,IC供应商可以将电源和数据隔离集成在同一个封装中,以确保〖安全性和可靠性。此外,由于集成了数据和电源隔离功能,IC供应商可以针对这些←应用中典型的严格EMI标准更好地进行控制和设计。


                所需的隔离级别是应用的一大功能:5 kV增强隔离在许多情况下是足够的,并且有详】细的行业标准对其进行定义。

                 

                由于具有卓越的共模瞬态抗扰度(CMTI)性能和数据完整性,使用隔离电容进行数据传输是一种流行的方法。然而,由于可传输的功率有限以及ぷ效率,对于大多数功率传输应用来说隔离电容↓是不可行的。因此,当需要功率传输时,磁性方法成为了优选方案。结合这两种方法,可以在同一封装中实现完全“自偏置”收发器等解决方案,同时具有隔离电源和数据连接。此类产品和就去吻创新真正改变了这些安全关键应用中哈哈一笑的游戏规则。

                 

                结论

                电源功能、组件和传输方面的进步是跨学科的,因为密度、EMI和隔离密切相关。例如,降低EMI会导致无源滤波★器尺寸减小,从而获得更高的功率密度。进步将来自“堆叠”创新,带来更多重大就去吻发展。其中包括充分■表征的宽带隙(WBG)功率器件,改进的器件管芯热界面,增强的无源器件和功能集成,先进工艺就去吻的开发和创新的电路IP。


                德州仪器(TI)作为ㄨ电源相关组件和设计支持工具的领先供应商,正在开≡发促进和支持这些趋势的相关就去吻,包括材料、工艺、拓扑、电路和封装等。

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