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减小EMI,进步密度和集成隔离是2019年模块电源源发展的三大趋势

标签:减小,进步,密度,集成,隔离,模块,电源,源源,发展 时间:2019年07月16日 阅读13
作者:德州仪器Kilby实验室模块电源源管理总监Jeff Morroni

毫无疑问,模块电源源在调节、传输和功耗等各个方面都成为日益紧张的话题。人们期望产品功能日趋多样、性能更壮大、更智能、表面更加酷炫,业界看到了关注模块电源源相干题目的紧张意义。瞻望2019年,三大广泛的题目最受关注,即:密度、EMI和隔离(旌旗灯号和模块电源源)。

实现更高的密度:将更多模块电源源管理放入更小的空间

因为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,对制品的总体功率需求敏捷增加,如图1所示。一些处理器如今可以消费几百安培模块电源流嘉兴红色培训,并且可以在不到一微秒的时间内从低模块电源流状况上升到完全激活状况。通过降低损耗和进步热性能实现“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打趣话。

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图1:从1992年到2010年的产品热密度发展趋势。

题目不仅在于管理功率和因此产生的功耗。因为存在基本的I2R损耗,即使在模块电源源负载路径中显明“可忽略”的模块电源阻也成为了有用功率输送的重要停滞:在200 A时,仅1mΩ的引线/走线模块电源阻可导致出现0.2 V IR压降和40 W损耗。此外,由于可以靠近负载放置,使用较小的转换器也存在两难题目,,这一方面有利于削减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。

与功率密度相干的趋势: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;
·将模块电源源管理功能(或其模块电源感)移到处理器散热器下方;
·更高的轨模块电源压,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:发射导致出现性能不确定和拒绝调节

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图2:禁用和启用扩频的噪声比较。

随着模块电源子产品更广泛、更深入地扩展到大众市场应用中,降低EMI已成为一个更大的题目,快速了解一下当今的汽车就能证实。现实上,因为难以克制AM波段EMI,一些模块电源动汽车/混合动力汽车不再提供AM无线模块电源选项。当然,汽车中的EMI不仅仅会影响无线模块电源,还会影响义务关键型ADAS(先辈驾驶辅助体系)功能,如自适应巡航控制雷达。

对设计人员来说,EMI方面的挑衅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,其解决方案通常必要反复试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、路径和表面。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相干的趋势:无源滤波器之类的解决方案是可用的并且可能特别很是有效,但它们在尺寸、重量和成本的可减少区域内仅可达到肯定水平。更大的机会在于IC供给商如何从源头解决EMI题目,从而提供更好的效果并加强易用性,以知足需要的合规标准要求。

这些解决方案细致介绍了噪声的基本原理,并将降噪噪技术进行了分层:
·增长使用扩频技术来扩散噪声能量,从而降低其在整个频谱上的峰值;
·封装,包括集成无源元件,可削减开关时引起模块电源压尖峰和振铃的寄生效应;
·调制功率器件栅极驱动,以削减产生噪声的dV/dt回转,同时不影响服从。

加强隔离:确保A点与B点之间无模块电源流路径

尽管模块电源气隔离技术已经使用了许多年,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(模块电源流)路径,但许可模块电源源和旌旗灯号能量通过该屏障。可以通过各种方法来实现隔离,包括光学、磁性、模块电源容或小型RF耦合,如图3。

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图3:模块电源气隔离类型。

模块电源流隔离最常成为以下两个重要目的之一。首先,它为具有内部潜在伤害性高模块电源压体系的用户提供了安全性,它可以确保体系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模块电源源体系架构,其中初级侧和次级侧之间必须没有可能的公共模块电源流,例如当一侧接地时,另一侧处于不接地连接的“浮动”状况。

人们对隔离的需求受到各种情况的驱动成都人事考试网首页,例如工厂主动化、广泛的人机界面(HMI)、太阳能模块电源池板和医疗仪器。GaN和SiC功率器件的dV/dt额定值较高也推动了具有挑衅性的隔离要求。

与隔离有关的趋势:隔离可以仅用于模块电源源轨、旌旗灯号线(数据)或同时用于两者。理想情况下,IC供给商可以将模块电源源和数据隔离集成在统一个封装中,以确保安全性和可靠性。此外,因为集成了数据和模块电源源隔离功能,IC供给商可以针对这些应用中典型的严酷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加强隔离在很多情况下是充足的,并且有细致的行业标准对其进行定义。

因为具有杰出的共模瞬态抗扰度(CMTI)性能和数据完备性,使用隔离模块电源容进行数据传输是一种流行的方法。然而,因为可传输的功率有限以及服从,对于大多数功率传输应用来说隔离模块电源容是不可行的。因此,当必要功率传输时,磁性方法成为了优选方案。结合这两种方法,可以在统一封装中实现完全“自偏置”收发器等解决方案,同时具有隔离模块电源源和数据连接。此类产品和技术创新真正改变了这些安全关键应用中的游戏规则。

结论

模块电源源功能、组件和传输方面的提高是跨学科的,由于密度、EMI和隔离密切相干。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。提高未来自“堆叠”创新,带来更多庞大技术发展。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,加强的无源器件和功能集成,先辈工艺技术的开发和创新的模块电源路IP。

德州仪器(TI)作为模块电源源相干组件和设计支撑工具的领先供给商浙江人事考试网seo优化,正在开发促进和支撑这些趋势的相干技术,包括材料、工艺、拓扑、模块电源路和封装等。


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