電源設(shè)計(jì)來響應(yīng)需求更大的功率密度
那些服用超過電源供應(yīng)器休閑利息(事業(yè)單位),無論是AC / DC或DC / DC,會(huì)注意到,集成化和小型化一直在一個(gè)大的影響最近。為什么是這樣?
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201808/386940.htm這簡短的回顧回顧了一些最后一年的有趣公告揭開由電源供應(yīng)商施加新的發(fā)展。被設(shè)計(jì)為減小尺寸對(duì)于給定功率電平,但保持與改進(jìn)的熱管理的可靠性的發(fā)展。解決問題這個(gè)組合是不容易的。它的拓?fù)湓O(shè)計(jì)緩和頭痛和尋找改進(jìn)的組件和制造方法之間的平衡。
趨勢(shì)
一些組織監(jiān)督權(quán)力的路線圖,包括PSMA(來源電源制造商協(xié)會(huì))的報(bào)告,在APEC去年三月(2014年)的發(fā)展趨勢(shì),包括:
對(duì)于隔離式DC / DC期望:
> 300 W,1.2 V的輸出在¼磚2015年
采用氮化鎵開關(guān)設(shè)備
在3D封裝技術(shù)的強(qiáng)勁增長
對(duì)于非隔離式DC / DC期望:
改進(jìn)的功能特性(如法規(guī)和噪聲)
改進(jìn)的散熱和封裝性能
更多的數(shù)字化控制的出現(xiàn)
對(duì)于AC / DC期望:
大規(guī)模使用功率因數(shù)校正(PFC)的
壓力,減少空載功耗
更加重視初級(jí)側(cè)控制
這些趨勢(shì)表明影響發(fā)展的三個(gè)因素:客戶的需要,部分改進(jìn)(如集成電路 - 控制器和有源器件以及無源元件)和制造創(chuàng)新(包括投資于系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù))。當(dāng)然好,但什么是目前最好的一流的?
班委
就其本質(zhì)而言,有這么多的供應(yīng)商,這是一個(gè)不斷變化的風(fēng)景。然而,讓我們采取一些數(shù)據(jù)點(diǎn),根據(jù)近期的頭條抓的消息:
2014年12月,Vicor的高電壓芯片BCM贏得年度最佳電源系統(tǒng)產(chǎn)品在歐洲的艾麗卡獎(jiǎng),聲稱功率密度大于2750 W /立方英寸。
2014年10月:XP電源引入ECE60 60W的AC / DC,用40%的尺寸上的優(yōu)勢(shì)。
2014年十月:現(xiàn)代電力建筑師(AMP)聯(lián)盟形成。
2014年4月,崔公司設(shè)立了新的基準(zhǔn),其60數(shù)字負(fù)載點(diǎn)的(POL)穩(wěn)壓器的釋放。
2013年11月,Intersil公司推出的ZL8800雙相,免費(fèi)補(bǔ)償,數(shù)字電源控制IC。
那么,如何做這些事件的證據(jù),知識(shí)的力量設(shè)計(jì)機(jī)身的進(jìn)步?
讓我們開始與Intersil的ZL8800雙相數(shù)字PWM控制器IC級(jí)。它支持從200千赫到1.33兆赫,這有助于降低電源電感器的物理尺寸的切換。另外,通過提供兩個(gè)控制階段它允許更小的無源元件的選擇,因?yàn)槟壳翱稍谙鄬?duì)共享。它集易用性數(shù)字化控制的新標(biāo)準(zhǔn)。這是一種第四代控制器,完全否定了需要補(bǔ)償。這個(gè)很重要。數(shù)字化控制,現(xiàn)在為工程師提供了機(jī)會(huì),以優(yōu)化電源操作,而不總是需要重新設(shè)計(jì)硬件。
除了數(shù)字化的實(shí)現(xiàn),而又不太明顯,從創(chuàng)新的角度更顯著的明顯的系統(tǒng)監(jiān)控的好處,就是提供了控制的靈活性。傳統(tǒng)上,開關(guān)模式設(shè)計(jì)采用固定開關(guān)頻率加上電壓或電流模式的反饋。選擇的固定頻率導(dǎo)致在無源能量存儲(chǔ)組件緩解它們的選擇可預(yù)測(cè)的電流。這些部件的尺寸上在輸出的需要;負(fù)載電流;可以接受的紋波電壓;和噪聲。補(bǔ)償控制回路,這些初步?jīng)Q定之后發(fā)生的。麻煩的是,這些決定復(fù)雜的補(bǔ)償,因?yàn)榭梢杂泻艽蟮淖兓惺褂玫牟考蛻?yīng)用的環(huán)境的差異。這種方法往往導(dǎo)致控制環(huán)與亞最佳帶寬和損害穩(wěn)定性。
考慮電感容差。這些非直鏈組分基于平均電流,溫度,開關(guān)頻率和他們的年齡而不同。非鐵素體電感是臭名昭著的位置:在額定范圍內(nèi),他們可以通過50%之間,相當(dāng)于一個(gè)真正優(yōu)化的挑戰(zhàn)。在建立穩(wěn)定的循環(huán)中,系統(tǒng)帶寬可以由多達(dá)fswitch / 10降低。這需要超大的輸出電容,使良好的瞬態(tài)能源需求。這種專注于系統(tǒng)小型化(和成本)時(shí),是一個(gè)比預(yù)期的情況較少。
然而,數(shù)字控制可以完全消除這種權(quán)衡。該ZL8800聲稱是同類產(chǎn)品中的第一款產(chǎn)品,提供不犧牲系統(tǒng)帶寬的補(bǔ)償,免費(fèi)的解決方案。該器件的秘密是一個(gè)專有的系統(tǒng),稱為ChargeMode,其工作在瞬態(tài)事件,以補(bǔ)充從輸出電容(S)的任何損失負(fù)責(zé)??刂苹芈返倪^采樣輸出,并允許設(shè)計(jì)使用更小的輸出電容對(duì)于給定的應(yīng)用程序。非線性ChargeMode確保能量儲(chǔ)備被維持。這主要方面,從傳統(tǒng)的薪酬體系設(shè)置這個(gè)數(shù)字實(shí)現(xiàn)分開。所產(chǎn)生的輸出具有最小的振蕩和過沖。
的緊湊負(fù)載點(diǎn)的(POL)使用ZL8800產(chǎn)生設(shè)計(jì)的早期例子是崔公司的NDM3Z-60設(shè)有一個(gè)標(biāo)題60甲輸出能力。它處理的強(qiáng)硬POL應(yīng)用之一;供給低處理器核心電壓(微控制器和FPGA)為0.6至1.5伏特的高效率。除了受益于ZL8800的補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)步,第二個(gè)進(jìn)步是其使用的SEPIC饋入降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有助于降低部件應(yīng)力,增加每循環(huán)的能量傳遞 - 建立445 W / in3的功率密度的突破。
一個(gè)新的AC / DC行業(yè)標(biāo)桿
雖然在剛10W /立方英寸的相當(dāng)?shù)偷墓β拭芏?,新ECE60系列從XP電源提供離線功率的緊湊60瓦溶液。它也建立了一個(gè)新的績效衡量標(biāo)準(zhǔn)考慮到它管理的通用操作,從85到264 VAC輸入相結(jié)合,提供隔離,并符合最新的EMC和功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它聲稱40%的規(guī)模優(yōu)勢(shì)競爭替代品。這些設(shè)備可以提供峰值負(fù)載能力高達(dá)額定負(fù)載的130%,持續(xù)30秒和寬工作溫度范圍為-25°C至+ 70°C。這些事業(yè)單位也會(huì)返回一個(gè)非常可觀的89%的轉(zhuǎn)換效率。
XP Power公司ECE60系列AC / DC電源圖片
圖1:ECE60系列的AC / DC電源。 (禮貌XP電源)
先進(jìn)的熱管理新時(shí)代
最常規(guī)的電源設(shè)計(jì)安裝在印刷電路板的一側(cè)功率耗散元件(MOSFET和功率電感器)和依靠熱量從設(shè)計(jì)的頂側(cè)被除去,主要是通過熱傳導(dǎo)。然而,為了滿足不斷增長的功率密度的需求,有越來越多的趨勢(shì),部署三維設(shè)計(jì)技術(shù),提供通過巧妙地利用現(xiàn)代包裝技術(shù)和材料的更大的散熱量。
令人驚訝的3千瓦/ IN3現(xiàn)在可以
Vicor公司并不是第一家展示“芯片級(jí)”集成功率模塊,該獎(jiǎng)項(xiàng)可能屬于Enpirion公司(現(xiàn)在是Altera公司的一部分);然而,懷格一直是最積極的逐一提高基準(zhǔn)功率密度。他們躺在今天算得上一個(gè)3千瓦/ in3的能力。用他們的芯片(轉(zhuǎn)換器裝在封裝)技術(shù)的新一代模塊提供了一個(gè)令人印象深刻翻兩番的功率密度和降低20%的功耗相比上代。這一舉措使客戶能夠?qū)崿F(xiàn)前所未有的系統(tǒng)尺寸,重量和效率的提高。它們還非常節(jié)省空間(850瓦/平方英寸),并提供高達(dá)98%的峰值轉(zhuǎn)換效率。
這是如何表現(xiàn)的飛躍實(shí)現(xiàn)?威盛的步驟,包括對(duì)3D封裝技術(shù)的應(yīng)用相結(jié)合。該芯片的秘密,適用于Vicor的BCM和DCM系列,是其采用集成高頻磁結(jié)構(gòu)結(jié)合了高密度互連基板。該設(shè)計(jì)使得空間使用對(duì)稱,雙面電路板布局的一倍功率處理和功率密度的最佳使用。消散熱量可從單元的兩側(cè)被傳導(dǎo)走。以下示出圖2為一個(gè)典型的芯片模塊的熱模型的兩個(gè)主要的體積功率耗散路徑(經(jīng)由包頂部和底部)是顯而易見的。
Vicor公司芯片的熱模型的圖像
圖2:新Vicor的芯片熱模型減半熱阻。 (Vicor公司提供)
最初的產(chǎn)品系列包括五種不同的封裝尺寸。除了令人印象深刻的功率密度,這些解決方案是低輪廓。圖3顯示了多么微小,這些產(chǎn)品已成為。
Vicor公司的芯片封裝尺寸選擇圖片
圖3:芯片封裝尺寸選項(xiàng)。 (Vicor公司提供)
聯(lián)盟將推動(dòng)數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)
通用性的電力供應(yīng)來自數(shù)字控制派生是一把雙刃劍,為消費(fèi)者和供應(yīng)商的電源模塊的一致好評(píng)。未經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的某種程度,對(duì)另一選擇一個(gè)方法產(chǎn)生了不希望的鎖定在一個(gè)關(guān)鍵的系統(tǒng)元件上。這是由行業(yè)領(lǐng)先的近期形成現(xiàn)代電力(AMP)財(cái)團(tuán)的建筑,剛剛發(fā)布了其首款電源標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可。
聯(lián)盟成員崔公司,愛立信和村田制作所尋求建立共同的機(jī)械和電氣規(guī)范智能電源系統(tǒng)。迄今兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)提出,以幫助確?;ゲ僮餍院桶踩诙垂┯脩暨x擇,大大減少下一代模塊的選擇風(fēng)險(xiǎn)。
正如我們?cè)诠β拭芏?,攀登新的高峰,這是太容易忽略的設(shè)計(jì)工作已采取到達(dá)這里。在一個(gè)令人振奮的一年動(dòng)力革新的總結(jié),我們已經(jīng)看到一些發(fā)展共同努力達(dá)到新的性能基準(zhǔn)。這無疑總結(jié)了工程的藝術(shù)在其最好的。
評(píng)論