一場Power by Linear的電源產(chǎn)品與技術(shù)媒體見面會

在我們身邊的很多應(yīng)用中，電源的身影無處不在，如熱門的5G、無人駕駛、汽車、消費電子、智能制造等領(lǐng)域。為了讓大家更深入地了解電源，日前ADI在深圳召開了一場Power by Linear的電源產(chǎn)品與技術(shù)媒體見面會，ADI電源系統(tǒng)工程總監(jiān)梁再信（Lorry Liang）分享了ADI電源產(chǎn)品在工業(yè)4.0、自動駕駛、通信、能源四個領(lǐng)域的技術(shù)突破。

ADI電源系統(tǒng)工程總監(jiān)梁再信Lorry Liang

圍繞三個方向思考設(shè)計產(chǎn)品

2017年3月，LTC和ADI正式合并，合并后總共有4.3萬個器件，其中電源超過1萬個器件，在超過1萬個的電源器件中，絕大部分是LTC延續(xù)過來的，原來ADI的電源占比10%左右，因此新的子品牌叫Power by Linear。

而ADI的電源產(chǎn)品得到了Linear極大的補充和加強，產(chǎn)生了1+1>2的效果，使ADI的電源躍居全球第二。

那Power by Linear超過1萬種的器件，如何才能呈現(xiàn)在客戶、工程師面前呢？

梁再信表示Power by Linear基本圍繞三個方向思考設(shè)計產(chǎn)品：

一、減少芯片的尺寸和體積；現(xiàn)在產(chǎn)品的空間越來越緊、密度越來越高，怎么樣在比較小尺寸的器件中提供很好的性能？

二、效率；現(xiàn)在手機充電可以做到20W以上，甚至還有40W的快充，就是為了效率。如果效率不夠，發(fā)熱也會很嚴重。

三、EMI也很重要；近幾年的研發(fā)設(shè)計中，EMI已越來越受重視。EMI會帶來很多意想不到的問題，比如系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性，比如對其它器件的干擾以及其它器件對自身的干擾等。

三個核心要素助力工業(yè)4.0發(fā)展

制造能力的提升決定一個國家的發(fā)展速度，因此工業(yè)4.0對中國非常重要，也是智能制造的重要組成部分。工業(yè)4.0里有非常多的考慮因素，不僅僅系統(tǒng)要足夠靈活、有效率、互聯(lián)互通，安全性、可靠性都非常重要，而電源則是所有的工業(yè)應(yīng)用場合的基礎(chǔ)，如果電源都不穩(wěn)定，那么這個系統(tǒng)就很難穩(wěn)定工作。

梁再信表示：“Power by Linear產(chǎn)品的三個核心要素，高效率、小尺寸、EMI做得非常好，可以助力工業(yè)4.0的發(fā)展。”

數(shù)據(jù)顯示，全球半導(dǎo)體相關(guān)的設(shè)備投入中，中國2018年的同比增幅最大，***、美國持平，韓國微跌，這得益于中國對于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的大力支持。作為半導(dǎo)體生產(chǎn)、測試、封裝的過程中的設(shè)備的基礎(chǔ)，電源處于至關(guān)重要的地位。梁再信表示：“ADI的Power Module可以很好地支持半導(dǎo)體設(shè)備制造商，協(xié)助他們完成非常緊湊空間挑戰(zhàn)的設(shè)計?！?/p>

據(jù)梁再信介紹，PowerModule經(jīng)過十年發(fā)展，已經(jīng)有非常完整的產(chǎn)品序列，對半導(dǎo)體

設(shè)備制造商都可以提供很好的技術(shù)和產(chǎn)品支持，用小體積、高效率的產(chǎn)品、在很小的空間里支持更多的器件，協(xié)助他們完成挑戰(zhàn)性的設(shè)計。

ADI創(chuàng)新性的Silent Switcher采用了兩個反向電流環(huán)，用兩層板做標準設(shè)計，解決了EMI和干擾的問題?！斑^去要解決EMI問題，大部分供應(yīng)商會告訴你，用四層板、六層板加屏蔽隔離等等，但ADI的Silent Switcher用兩層板做一個標準設(shè)計就可以滿足EMI標準，而且還有一些余量?！绷涸傩耪f到。

此外，工業(yè)線上會用到很小的隔離電源，但電路大多比較復(fù)雜，為了把傳統(tǒng)的隔離電源產(chǎn)品極度簡化， ADI推出一系列隔離電源產(chǎn)品，只需一個變壓器，輸出僅用到二極管和濾波電容，不需要其他的反饋，同樣可以把效率做得很高，輸出穩(wěn)定性做得非常好。

梁再信介紹到：“這是不同細節(jié)上的創(chuàng)新，怎么把別人能做到的事情做得效率更高、可靠性更好。此外，我們也有一系列的包含變壓器的高集成度隔離電源模塊，可以給我們的工業(yè)客戶直接使用?！?/p>

從電源基礎(chǔ)上保證汽車電子的安全性

近幾年自動駕駛技術(shù)突飛猛進，除了必不可少的激光雷達和微波雷達系統(tǒng)之外，車身測量系統(tǒng)對自動駕駛也非常重要，常用的就是慣導(dǎo)和陀螺儀。ADI的Power by Linear產(chǎn)品在汽車領(lǐng)域也有非常多的應(yīng)用方向，涉及激光雷達（Lidar）、雷達（Radar）、IMU、ECU、48伏系統(tǒng)、LED等熱門領(lǐng)域。

2016年，ADI發(fā)布了業(yè)界最低噪聲的LT3045，噪聲比傳統(tǒng)鋰電池的噪聲還少。測試數(shù)據(jù)顯示，鋰電池有2.7μV的噪聲，LT3045在同樣電流下只有0.8μV，1M以下PSRR值都在78個dB以上。梁再信表示：“我們電源產(chǎn)品有非常低的噪聲和非常高的PSRR值，給Lidar、Radar供電的時候可以顯著提升性能，使得整個系統(tǒng)的噪聲是很小的，讓整車和乘客更安全?！?/p>

隨著汽車智能化的發(fā)展，車身上的電子部件越來越多，EMI干擾問題就成了設(shè)計思考的重點。ADI展示出Silent Switcher后，獲得了汽車業(yè)界Tier 1和車廠的認可，梁再信表示：“因為這可能是未來汽車電源上不得不考慮的方向——不僅降低對外的輻射干擾，同時別人對我的干擾也盡可能降到最低，讓車身系統(tǒng)更穩(wěn)定?！?/p>

除了Silent Switcher，ADI還做了一些不同的東西，如PoDL, 即Power Over Data Line，PoDL通過數(shù)據(jù)線供電，可以節(jié)省非常多的電纜施工和重量，提高可靠性，降低施工的難度，節(jié)省整車成本。

此外，ADI還對奧迪A8的LED矩陣汽車大燈做了改進。這款大燈由多個LED單元構(gòu)成，兩車會車時可以利用車身攝像頭判斷對車位置，系統(tǒng)自動關(guān)閉來車那側(cè)的一部分燈，讓會車更安全。梁再信表示：“這就是Power by Linear一直在想的：把產(chǎn)品做好的同時能否在器件的人性化、安全性上，幫業(yè)界做得更好?！?/p>

除了車身上的應(yīng)用，ADI在電源管理、動力總成和娛樂信息領(lǐng)域都推出了一系列性能優(yōu)越的產(chǎn)品。

梁再信分享了一種比較特殊的應(yīng)用。傳統(tǒng)燃油車和純電動汽車之間，存在中間形態(tài)的混合動力汽車，大部分混動汽車都會同時有48伏和12伏系統(tǒng)。48伏系統(tǒng)需要的瞬間功率高達十幾千瓦，對業(yè)界而言，安全性和可靠性是很大的挑戰(zhàn)。如何解決大功率48伏系統(tǒng)和12伏系統(tǒng)之間的平衡和轉(zhuǎn)換？ADI針對48V/12V系統(tǒng)的專門應(yīng)用方案是：雙向兩相同步降壓或升壓型控制器LTC3871，當起動汽車或需要額外功率時，LTC3871允許兩個電池同時為同一個負載供能，最高可實現(xiàn)97%的效率。48伏發(fā)電時，可以降壓給12伏系統(tǒng)充電；如果有需要，12V還可給48V補電。ADI有一系列產(chǎn)品可以支持這樣48V/12V的轉(zhuǎn)換。

除了48伏系統(tǒng)，傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機也是很大得機會。中國每年賣2000多萬臺汽車，意味著每年有2000多萬個新增發(fā)動機，把發(fā)電變成直流電給蓄電池供電。過去會用到的傳統(tǒng)二極管當整流橋，但傳統(tǒng)二極管是有壓差的，電流越大壓差反而不是很好，大概可以有0.4伏到0.7伏的差，這是很大的功率損耗。所以我們做了一個產(chǎn)品，叫理想二極管橋堆，用MOS管代替二極管，MOS管的阻抗比較低，可以提高效率，比較少的功率損耗，橋堆不需要散熱器，非常高的可靠性和可靠的效率，這也是為了讓汽車能進一步節(jié)省能源、提升運營效率。

ADI還有汽車保護的器件。汽車電瓶和整個系統(tǒng)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)難免在啟動時會出現(xiàn)一些瞬間的高壓現(xiàn)象，這種高壓對系統(tǒng)是非常大的挑戰(zhàn)，過去的汽車電子大部分是在12伏系統(tǒng)下工作的，在惡劣的條件下，有可能瞬間到70伏把組件打壞，以往最常見做法是加PVS管，但是3000瓦、6000瓦的PVS管體積比較大，比較難固定，穩(wěn)定性和可靠性怎么實現(xiàn)？

梁再信表示：“我們考慮Surge Stopper，把瞬間脈沖的干擾電源尖的部分全部消掉，在我們設(shè)定的標準范圍之內(nèi)。所以在汽車領(lǐng)域，讓系統(tǒng)更安全，當電壓超過設(shè)定值的時候，整個系統(tǒng)能夠把所有高壓的部分全部消掉，留給后面的就是可控的電源工藝，這樣車身系統(tǒng)就能避免因為意外的干擾損壞汽車上的組件，因為這和人的生命安全是息息相關(guān)的，這也是我們在汽車安全上所做的創(chuàng)新和開發(fā)?！?/p>

三個維度剖析通信電源芯片的挑戰(zhàn)

在5G預(yù)商用的信息發(fā)布之前，很多普通老百姓都認為5G的意義可能就是上網(wǎng)速度快一些。但對華為、思科、愛立信、中興等而言，5G都面臨非常大的挑戰(zhàn)：設(shè)備越來越小，帶寬越來越寬，功率越來越高。中國有上百萬個基站，如何才能解決這些問題？

梁再信將通信分為三個緯度，無線、有線、光通信，進行了深入淺出的分析。

無線通信：現(xiàn)在模塊要求要變小、集成，隨之而來的就是供電和散熱問題。

如果說一個通信的板卡需要非常高的功率密度，怎么做？以FPGA的0.8V內(nèi)核電壓、100A的輸出電流為例，2010年ADI需要12片LTM4601才可以做到100安培，2012年推出LTM4620，4片就可以達到100安培，LTM4630的時候需要3片，LTM4650的時候2片就可以，直到最近，ADI發(fā)布了LTM4700，拇指大小，大概跟鉛筆的厚度一樣，1片就能做到100安培,非常了不起的成就。

電源模塊的設(shè)計在通信上為什么受到非常多的關(guān)注？梁再信表示：“就是因為它幫助通信公司極大解決了散熱、尺寸、體積和運營效率的問題?！?/p>

基站使用PoE供電，能節(jié)省非常多的成本。ADI最新的POE可以支持150W，也就是說普通的小基站，基本上一根網(wǎng)線過去數(shù)據(jù)和電源都搞定。POE供電加上模塊設(shè)計，可以讓基站電源的設(shè)計更簡化。

有線通信方面，ADI有很多好的產(chǎn)品可以支持，包括POE、Silent Switcher等。

有線與無線不同，需要熱插拔、非常高的轉(zhuǎn)換效率，也需要一些電源管理的應(yīng)用。通信上，局端的設(shè)備溫度非常高，效率非常重要，ADI的產(chǎn)品可以幫助局端的設(shè)備提高應(yīng)用效率。另一個挑戰(zhàn)則是傳統(tǒng)電源的電路過大，效率達到93%、94%就很難再往上提高。通信背板48V往下轉(zhuǎn)時，往往需要更低電壓而轉(zhuǎn)換效率不高，如果把48伏先轉(zhuǎn)為24伏再做二級轉(zhuǎn)換對系統(tǒng)很有幫助。

為了提高效率，ADI做了大膽的嘗試。對于幾百瓦功率電源變化來說，頻率不會很高，電感損耗就很大。LTC7820是一款固定比例高電壓高功率開關(guān)電容器，用CFLY（飛電容）取代過去損耗比較大的電感，2.8×2.8厘米6毫米厚的模塊，從48V到24V，可以推約500W功率，效率在99%左右。梁再信表示：“這個器件的出現(xiàn)，是業(yè)界的一個創(chuàng)新：如何把傳統(tǒng)我們認為效率很難做到很高的電路，通過非常高效的電路，把48伏轉(zhuǎn)成24伏，剩下的板級系統(tǒng)再往下轉(zhuǎn)，設(shè)計更簡化、更容易，系統(tǒng)穩(wěn)定性更好?！?/p>

光通信是下一個熱點。

全球的光模塊市場，每年增長的數(shù)據(jù)非常可觀，而中國的數(shù)據(jù)則比全球市場增長速度還要來得快，說明在中國的基礎(chǔ)建設(shè)中光模塊、光通信還有很多年的時間可以去推動，特別是5G的上線會進一步推動光模塊的發(fā)展。

梁再信認為光通信方面最大的挑戰(zhàn)是光模塊的體積。不同年代，光相關(guān)器件的體積、尺寸是不同的。怎么在更小的體積里放下必不可少的電源？

ADI已在研發(fā)4mm×4mm的小面積產(chǎn)品，也在應(yīng)客戶要求研發(fā)1.5mm甚至更薄的器件。梁再信表示電源模塊會有三個方向：一是大功率、二是小體積、三是做薄，雖然電源器件做薄是有難度的，因為它集成了MOS管、電感等，是個完善的模塊，但ADI會迎接這個挑戰(zhàn)。

能源的采集與監(jiān)測

能源的重要性眾所周知，而中國國家電網(wǎng)的水平在全世界首屈一指，特高壓輸電等系統(tǒng)做得最好。幾年前湖北冰災(zāi)，電網(wǎng)受損，很多城市都斷電，那是因為當時沒有很好的電力線監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)，國家電網(wǎng)后面幾年發(fā)展非?？?，有很多的課題研究如何把中國國家電網(wǎng)傳輸線的安全和監(jiān)控數(shù)據(jù)實時匯集上來，所以才有了一堆各種各樣的電力監(jiān)控系統(tǒng)，FCI是其中一種。

所謂FCI，就是在每根高壓線上掛一個監(jiān)測設(shè)備，用太陽能電池板來取電，實現(xiàn)無人值守和維護的高效運營?！斑@里面有很多ADI的東西，從信號鏈、IC到其他器件都有?！绷涸傩疟硎尽?/p>

此外，ADI也在考慮一些新的創(chuàng)新，比如如何從空間吸取能量。梁再信指出空間能量有很多種，最常見的就是太陽能，但太陽能面板體積比較大，還有一些能量如溫差、振動，雖然看起來是很微弱、很弱小的能量，但能不能為我們所用呢？

振動發(fā)電方面，ADI的換能器電源轉(zhuǎn)換芯片LTC3588，配合小體積的換能器可以在0.25G的振動加速度和40赫茲的頻率上產(chǎn)生200多微安的電流。這電流看起來很小，如果乘3.3伏，大概功率也就是600微瓦，好像不能用來做什么。但如果有一個電機的監(jiān)控設(shè)備，如果用這個換能器和轉(zhuǎn)換電路可以穩(wěn)定地給我們的監(jiān)控電路提供3.3伏、大概0.2毫安的電流，這對于很多微弱電流的監(jiān)控系統(tǒng)來講，這個電流已基本足夠用，可以實現(xiàn)設(shè)備的終身免維護和無人值守，適用于一些不能人工操作的應(yīng)用場景。

溫差發(fā)電方面，ADI有一個測試數(shù)據(jù)，一個3厘米×3厘米TEG連上LTC3108，可以產(chǎn)生3.3伏電壓，在10度溫差時大概有60微安的電流，200微瓦的功率，30度溫差差不多有400微安的電流。假如使用到可穿戴設(shè)備上，環(huán)境溫度25度身體溫度35度，10度溫差產(chǎn)生的200微瓦可以使電子器件持續(xù)工作下去，就不用充電了。

此外，ADI還在考慮如何改進溫差發(fā)電轉(zhuǎn)化技術(shù)。梁再信表示：“已有的能量采集IC能實現(xiàn)把20毫伏的微弱電壓升到3.3伏，這已經(jīng)是非常大的挑戰(zhàn)了，但我們在考慮換能器能不能再突破一下?！蹦壳癆DI美國團隊在思考如何把換能器功率提高，從200微瓦提高到400微瓦，體積只有目前的1/10。

如果這樣的器件和換能器實現(xiàn)、發(fā)布以后，可以想像ADI將獲得全球可穿戴設(shè)備市場很大的份額。

提供多款免費開發(fā)工具

ADI在中國的營收在全球中占比逐年上升，市場對ADI支持的需求也越來越多，為了配合國內(nèi)工程師使用Power by Linear產(chǎn)品，ADI提供了很多免費的工具：

LTPowerCAD，可以做整個電路的規(guī)劃以及做運算；

生成的數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入LTspice仿真工具做進一步的仿真；

通信設(shè)備上需要電源管理做PSM，做系統(tǒng)的板級電源管理，可使用LTpowerPlay；

傳統(tǒng)ADI的電源產(chǎn)品也有一個仿真工具叫ADIsimPE。

以上4個軟件都可以在ADI官網(wǎng)免費下載使用。

LINEAR雖被收購，但形象仍在！

綜合本場見面會來看，Power by Linear有3點想傳遞：

追求創(chuàng)新，在實現(xiàn)高性能的同時保持合理的價格，讓客戶不僅用得起，還愿意跟著LINEAR往前走、用最新的技術(shù)和設(shè)計。

盡可能在全世界范圍內(nèi)提供卓越的技術(shù)支持，讓客戶使用LINEAR電源產(chǎn)品的時候能夠簡單易用，能獲得相應(yīng)的支持。

有全球最好的品質(zhì)和可靠性，這是業(yè)內(nèi)多年公認和經(jīng)過驗證的，LINEAR的品質(zhì)是很好的，希望大家記住Power by Linear。

梁再信表示：“雖然LINEAR被收購變成ADI的一份子，但我們ADI的Logo上，電源產(chǎn)品上還有LINEAR的形象存在。Power by Linear會伴隨著大家一起往前走。我們也希望在中國的電源產(chǎn)品、科技發(fā)展創(chuàng)新上能有更多的推動力?！?/p>