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工业4.0 时代,如何应对电源技术发展存在三大挑战?
  • 点击数:2263     发布时间:2019-07-18 18:40:00
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作为电子电路的基本构成,电源可以说无处不在,通信、汽车、消费类电子……当今时代,电源广泛应用于各种热门的市场应用之中,并成为其必不可缺的一个重要组成部分。当我们站在工业4.0的风口展望未来,人工智能、数字孪生、从云到边缘、会话式平台、沉浸式体验、区块链……面对层出不穷的应用场景,电源技术将如何发展?企业又当如何应对时代的挑战?2018年8月23日下午,在ADI高性能创新电源技术研讨会现场,ADI电源产品中国区市场总监梁再信先生为我们分享了电源产品的最新信息与行业、应用趋势动态。
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作为电子电路的基本构成,电源可以说无处不在,通信、汽车、消费类电子……当今时代,电源广泛应用于各种热门的市场应用之中,并成为其必不可缺的一个重要组成部分。当我们站在工业4.0的风口展望未来,人工智能、数字孪生、从云到边缘、会话式平台、沉浸式体验、区块链……面对层出不穷的应用场景,电源技术将如何发展?企业又当如何应对时代的挑战?2018年8月23日下午,在ADI高性能创新电源技术研讨会现场,ADI电源产品中国区市场总监梁再信先生为我们分享了电源产品的最新信息与行业、应用趋势动态。

“工业 4.0 时代,在使用大量数据、设有各种传感器的工厂中,电源的外形尺寸、效率、EMI这些性能指标更为关键。”在媒体会现场,梁再信如是说,并从工业、汽车、通信和能源等多个角度,为大家带来来自ADI的先进的技术理念和全新的解决方案。

帮助客户向工业 4.0 过渡

作为高端工业智能领域的高性能模拟器件供应商,ADI 认为未来工业4.0的设备和装置的智能化会越来越高,产品灵活度、效率、通信、安全性和可靠性,也是产品非常关键的性能要求,同时也是板卡研发工作人员必然会面临的挑战,需要企业高度关注。基于上述五点要求,ADI 在面对工业4.0领域的电源创新的时候,对产品的效率、尺寸和EMI三个方面的性能指标制定极为严苛的考评要求,以研发更高效率、更低EMI、更小尺寸的电源产品,帮助客户向工业4.0过渡。在媒体会上,梁再信先生分别以典型马达控制系统、Silent Switcher技术的开关电源为例,为媒体记者分享了ADI在这一领域的创新性探索。 在马达驱动中,安全性非常重要,高压和低压侧需要一个隔离电源用以隔离高压和低压之间的互联,确保系统的安全性。加之EMI、噪声对系统的稳定性的影响,系统功耗也是一个极为重要的问题。ADI的理想二极管通过对MOS管电路的控制,能够实现非常低的压差,大幅度降低功率损失,功率器件不需要散热,确保系统可靠性,并增强整个系统效率。

拥有Silent Switcher技术的开关电源,是从工程物理的角度实现突破和创新,以解决EMI的问题。它在芯片设计上做了两个反向的电优化,产生闭合的磁力线,减小对外界EMI的干扰。同时,ADI用倒装的方式替代传统的用金线去绑定内核的方式,从而缩减电流,让EMI降到最低。除此之外,ADI还通过一系列工艺的优化,获取更优异的EMI性能,满足CISPR25 EMI标准。


工业设计中密度和板卡的复杂程度越来越高,降低客户在工业领域和板卡设计时的难度,帮助客户缩减电源电路板的尺寸和电路设计的复杂程度也是ADI在产品研发和创新中极为重视的一个维度。“ADI把过去非常复杂的电源系统集成在一个模块里,客户不需要关注电源的噪声、纹波,只需像LDO那样简单来用就可以了,效率也非常高。”梁再信先生介绍说:“比如具体高度集成的LTM4668,面积为6.25mm X 6.25mm,厚度只有2.1mm。它可以把不同输出并联在一起,得到不同电流组合,帮助客户节省物料,并提高产品设计的灵活性。”

助力更安全的自动驾驶技术发展

随着无人驾驶技术、无人工厂、驾驶辅助系统的兴起,激光雷达、普通雷达、相关测量测控单元作为未来自动驾驶和无人机非常核心和关键的平台,与人们的安全息息相关。


ADI推出了全球噪声最低的几款电源——LT3042、LT3045可用以应对雷达、射频、高频应用对精度、性能和稳定性的需要——噪声雷达只有0.8微伏,与电池差不多,为自动驾驶领域提供更好的性能和可靠性,推动产业的发展。而ADI全新的Silent Switcher技术在无人驾驶和智能工厂中同样可以使用。


除此之外,ADI还发起并主导了PoDL(Power Over Data Line)这一全新的概念。“在未来汽车中采用以太网连接,可以节省非常多的电缆施工和重量,提高可靠性,降低施工的难度。”梁再信介绍,PoDL的意义就是通过车身总线传递所需的电力并成为行业的一个标准。


在谈到新能源汽车时,梁再信表示,ADI 从汽车的电池均衡、以及从12伏直接提升到48伏等市场热点角度出发,也进行的相应的技术探索和储备。比如ADI的LTC3300、LT8584两款产品,就可以对汽车的电池做均衡,让电动汽车能够驾驶得更安全。

应对通信领域挑战

“每一次通信的迭代,不管是射频器件还是电源器件都有ADI的产品。”谈到5G通信时,梁再信介绍说。ADI研发了一个没有电感的转换器,通过4个MOS管去做电压转换,面积仅占2.8 X 2.8cm,可输出48伏到24伏 500W,在全范围可以做到99%的效率,并且可以往12伏转,实现97%以上的效率,这是传统电源做不到的。新一代的产品LTC7821混合转换器把一个用电容做能量传输的电路和标准降压电路整合起来,变成一个混合电路,做到97%的效率。


除此之外,ADI还推出了一系列带PSM、数字接口的电源模块,可以记录电压、电流、温度等,方便通信系统在恢复时对系统做分析,甚至可以支持远程调试和远程监控。

助推到高效、清洁和可靠能源过渡

国家电网、智能电网,包括电动汽车,都离不开能源传输,在这一领域,ADI同样拥有完整的解决方案。梁再信为我们举了一个例子:从模拟链路、信号采集到供电,用得最多的是太阳能供电,ADI有带MPPT的专门器件,可实现在同样光照情况下获得最大太阳能能量。


由于很多系统不能断电,会用到备份电源或是超级电容,但是超级电容的能量是有限的。ADI推出的LTC3350可对四个法拉电容进行监控,并对电容做平衡、充放电管理,同时补充电容的内阻,或对所有电容做能量均衡。这样的器件在供电和安全性、后备电源上都是非常好的应用。


针对穿戴式设备应用领域,ADI就能量采集等问题推出了一系列的产品。例如LTC3108温差发电控制转换器件,10伏的温差可以产生60微安的电能;LTC3588是振动换能,0.25G,40赫兹振动,会产生250微安电能。

在致力于提供创新、高性能的电源产品,为工业 4.0 的发展提供最好的技术支持的同时,ADI也不断关注工程师的学习和成长。本次媒体会上,ADI邀请西安交通大学电子工程学院的杨建国教授来到现场,就电源设计和学习中的挑战和媒体朋友分享个人体会,并就人才培养、学生实践和后续教育等话题进行剖析,并提出“电子运动会”这一重要理念,为工程师学习和成长提出实践设想。

来源:电子研习社

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