電子繁榮的時(shí)代，電源技術(shù)將是永遠(yuǎn)的支柱。電源技術(shù)追求高效率、高可靠性的目標(biāo)從未改變。隨著新一代半導(dǎo)體材料的逐步成熟，新應(yīng)用場景的登場，電源行業(yè)也在接受技術(shù)的變革和洗禮。

面向未來，電源技術(shù)繼續(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，與此同時(shí)，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)快速多變的市場環(huán)境。本文盤點(diǎn)各主流廠商的前沿產(chǎn)品，以供各方未來設(shè)計(jì)與研發(fā)參考。

GaN技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用前沿

GaN技術(shù)在2018年取得很大的進(jìn)展，很多應(yīng)用場景都開始出現(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別上的更佳集成路徑，可實(shí)現(xiàn)更簡單且更具成本效益的半橋拓?fù)洹Ｔ鰪?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。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：當(dāng)前市場的最大熱點(diǎn)

無線充電有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、FOD、Q因數(shù)測量的功能也一應(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(FOD)性能，當(dāng)含有金屬的物體距充電器過近時(shí)，這項(xiàng)檢測功能可以自動(dòng)切斷電源，防止過熱現(xiàn)象發(fā)生。

Flex：板載電源的新技術(shù)

收購了愛立信電源模塊所成立的Flex電源模塊部門憑借多年的積累，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。該公司在2018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。

芯片封裝的電源解決方案

同為模塊電源廠商，Vicor公司的電源產(chǎn)品也在不斷演化，從1980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(yīng)對散熱挑戰(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”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，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。針對小型化的應(yīng)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(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。

面向工業(yè)設(shè)備的解決方案

ROHM公司在本次大會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)用場合，大功率設(shè)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?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。

Microchip：擁抱數(shù)字化

在擁抱數(shù)字電源技術(shù)的路上，Microchip走得很堅(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(guān)頻率，最大限度發(fā)揮數(shù)字電源的優(yōu)勢。

當(dāng)前電源隔離的4大主流技術(shù)

目前，隔離技術(shù)的主流有四種：電容式、巨磁阻、磁和光，芯片大廠Silicon Labs所采用的是電容式。其新產(chǎn)品Si8xxxx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。