在全球節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下,節(jié)能、高頻、高效、微型、智能是開關(guān)電源行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。其中高頻化使開關(guān)電源小型化, 并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域, 從毫瓦到兆瓦的電源產(chǎn)品,提高效率是永恒的主題。泰克從電源設(shè)計(jì)的各個(gè)階段入手,為您分享電池的壽命優(yōu)化,功率器件的標(biāo)定和選擇,電源原型板調(diào)試及電源標(biāo)準(zhǔn)的一致性測試的趨勢及方法。泰克為您提供了完整的電源解決方案助您應(yīng)對(duì)現(xiàn)在及未來的挑戰(zhàn)!
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功率電子學(xué)將在未來五年發(fā)生重大變化,寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)的用途也將增多。碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新半導(dǎo)體材料具有較好的導(dǎo)熱性、較高的開關(guān)速度且外形小于硅設(shè)備。
此種電源的基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)變將推動(dòng)新設(shè)計(jì)的產(chǎn)生。預(yù)計(jì),GaN 將改變不大于 100W 的電子電源的世界。GaN 技術(shù)也將動(dòng)搖 RF 功率放大器的世界,因?yàn)樵S多屬性相同,此技術(shù)非常適合進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換。SiC 在電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和逆變器等較大功率設(shè)計(jì)中找到用武之地。 泰克工程師 Tom Neville 說道:“今年,通過碳化硅,我們看到存在許多商用產(chǎn)品的巨大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。我認(rèn)為 GaN 有些落后。成本無疑是一方面,另一方面則是可靠性?!?
半導(dǎo)體行業(yè)正在努力開發(fā)和推進(jìn)這些新型寬禁帶電源設(shè)備。半導(dǎo)體研發(fā)工程師正在努力驗(yàn)證和檢定新器件。驅(qū)動(dòng)器制造商正在研發(fā)新門電路驅(qū)動(dòng)器來滿足更快開關(guān)速度、EMI 管理和更復(fù)雜拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的要求。這些公司的制造工程師也正在應(yīng)對(duì)晶片測試挑戰(zhàn),即必須在比以往更快的電壓和電流范圍內(nèi)全面測試小型設(shè)備。
在價(jià)值鏈的另一端,電源設(shè)計(jì)人員正在努力利用 GaN 和 SiC 設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。(電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì))必須重新考慮應(yīng)用于硅 MOSFET 的經(jīng)驗(yàn)法則。設(shè)計(jì)人員正在努力減少半橋開關(guān)的死區(qū)時(shí)間,以便盡量降低開關(guān)損耗。能夠在整個(gè)設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確查看和評(píng)估動(dòng)態(tài)電壓和電流非常關(guān)鍵,但是,卻難以實(shí)現(xiàn),因?yàn)榇嬖诠材k妷呵疑仙龝r(shí)間較短。
新探測技術(shù)揭露設(shè)計(jì)中正在發(fā)生(以前隱藏)的事情的詳情。
泰克工程師 Seshank Malap 說道:“測試遠(yuǎn)比過去重要。隨著功率密度和效率變得如此關(guān)鍵,人們使用可能小的設(shè)備進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用來挑戰(zhàn)性能極限。正因如此,測試和測量變得極為關(guān)鍵。您的門電路剛好在您需要時(shí)啟動(dòng)嗎?您了解通過您的設(shè)計(jì)獲得佳性能的準(zhǔn)確占空比嗎?電源設(shè)備散熱足夠嗎?”
Shah 補(bǔ)充道:“不止設(shè)備,還有整個(gè)定時(shí)電路。因?yàn)槟菚r(shí)您必須同時(shí)協(xié)調(diào)和判斷許多信號(hào)以便查看它們是否合理以及它們有沒有在不該啟動(dòng)設(shè)備時(shí)啟動(dòng)設(shè)備。”
Malap 稱, 以往的測試工具和技術(shù)不足以應(yīng)對(duì)電源設(shè)計(jì)新趨勢。他解釋道:“在傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)和測試中,人們在各處看到許多信號(hào)測試結(jié)果并猜測其他人怎么做。再也不要這么做了。這個(gè)主意很差,真的很差,因?yàn)槟赡軐?dǎo)致您的設(shè)備炸毀?!?
據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)一個(gè)電源產(chǎn)品的開發(fā)周期由5年前的12-24個(gè)月縮短到現(xiàn)在3-6個(gè)月的時(shí)間。
此外市場要求電源產(chǎn)品體積越來越小,為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能,要么引入更小的新器件或者更改新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如何能在有限的體積排布各種器件并滿足功能和散熱的要求是考驗(yàn)工程師非常重要的一點(diǎn)。
電源產(chǎn)品在投放市場前需要滿足電源行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范,例如我們比較熟悉的能耗等級(jí)規(guī)范認(rèn)證,節(jié)能認(rèn)證規(guī)范,還有強(qiáng)制的CE 認(rèn)證等等其他的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。2016年對(duì)于能耗等級(jí)的規(guī)范,美國已經(jīng)率先開始實(shí)施六級(jí)能耗,將效率要求提高到88%,待機(jī)功耗的要求從300毫瓦 提高到100 毫瓦,中國目前實(shí)施的是五級(jí)能耗標(biāo)準(zhǔn),但是出口美國的產(chǎn)品需要必須滿足新的六級(jí)能耗才能被允許。美國能源部新的統(tǒng)計(jì)的數(shù)字;“發(fā)達(dá)國家的家庭待機(jī)能耗占家庭用電量的5%-10%”,所以相信會(huì)對(duì)該項(xiàng)目越來越嚴(yán)格,甚至已經(jīng)出現(xiàn)了零功耗的產(chǎn)品,當(dāng)然并不是待機(jī)功耗為0,而是待機(jī)功耗在 <10毫瓦。
全世界都實(shí)施 EMI 法規(guī),旨在為電氣和電子設(shè)備用戶提供更高的可靠性和安全性。如果您正在開發(fā)發(fā)射電磁干擾或受其影響的產(chǎn)品,則您需要認(rèn)證自己的產(chǎn)品是否符合 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。為了確保符合規(guī)定,許多公司歷來都采用專業(yè)測試設(shè)施或測試機(jī)構(gòu)的服務(wù)來執(zhí)行 EMC 預(yù)符合性和符合性測試。遺憾的是,使用第三方測試機(jī)構(gòu)可能會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目中的產(chǎn)品開發(fā)成本和時(shí)間大幅增加。更多的公司希望使用預(yù)符合性測試來及早發(fā)現(xiàn)符合性問題,并提高首次通過全面 EMC 符合性測試的成功率,而無需進(jìn)行額外重新設(shè)計(jì)。
國際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)國際電工委員會(huì) (IEC) 下屬的技術(shù)組織 ComitéInternational Spécial des Perturbations Radioélectriques(CISPR) 規(guī)定了許多商業(yè) EMI 測量要求。其他標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證機(jī)構(gòu),例如日本的 TELEC,也制定了關(guān)于測量方法和認(rèn)證技術(shù)的要求。美國國防部制定了 MIL-STD 461G,其中包括針對(duì)軍用裝備的特殊要求。下表列出了一些適用于不同細(xì)分市場的標(biāo)準(zhǔn)。
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