随着通讯、智能电网、iot等多个应用领域的持续成长，全球电源管理芯片市场受益匪浅。根据国际市场调研机构transparency market research分析，2019年全球电源管理芯片市场规模仍将保持高速增长，其中以大陆为主的亚太地区是未来最大成长动力，并预测到2026年全球电源管理芯片市场规模将达到565亿美元。
市场前景如此可观，不过电源管理核心技术的进步显得格外缓慢。对此，在前不久的“电源网第54届技术高峰论坛”上，全球领先的高性能模拟半导体供应商adi公司电源系统工程总监lorry梁再信就分享了adi在电源领域实现技术突破的一些卓有成效的实践和成果。
电源模块电流密度八年如何实现“四连跳”？
众所周知，电源产品的3大瓶颈——效率、尺寸、emi，直到现在这些瓶颈依旧难以突破。不过在本次大会上，lorry向大家分享了adi在实现更小、更高效、高电流密度的器件上几乎每两年一次性能“跳变”的惊人成果：
l 在2010年，adi在多相并联配置中需要使用12个ltm4601实现从12 v输入到0.8v输出的转换中提供100 a输出电流；
l 2012年，在多相并联配置中仅使用4个ltm4620，即可达成该功率级别；
l 2014年，在多相并联配置中仅使用3个 ltm4630；
l 2016年，在多相并联配置中减少到只使用2个ltm4650，并且在线路、负载和温度范围内的总直流误差为±1%；
l 2018年，adi推出了 µmodule 稳压器 ltm4700单块芯片实现100a输出的解决方案。
ltm4700是adi在2018年11月正式推出的一款双路50 a或单路100 a输出的μmodule稳压器。工作条件为12v到1v的转换，提供100a电流和高转换效率，气流仅为200lfm。也因为其一流的高能效使其成为降低数据中心基础设施冷却要求的绝佳选择。除了可支持双路50 a或单路100 a输出外，ltm4700还集成了pmbus i2c接口或电源系统管理(psm)。这可以实现许多不同的功能，包括：
l 它可通过数字通信总线配置电压，定义复杂的开/关时序布置，定义故障条件（如过压和欠压限值），设置重要的电源参数（如开关频率、电流限值等）。
l 在同一通信总线上，能够回读重要的工作参数，如输入电压和输出电压、输入和输出电流、输入和输出功率、内部和外部温度，以及在某些产品中测量所消耗的能源。
l 用户可以实现对设计的精确闭环裕量测试，并将电源电压调整到非常精确的水平。
l 其内置伺服回路可在产品的整个使用寿命期间保持更高的电源精度，从而提高可靠性。
l psm器件的回读功能可用于改进在线测试的测试覆盖率，筛选出可能存在缺陷的器件，防止其进入实测现场。
l 在客户产品使用寿命期间，psm器件会继续监测重要参数。电压、电流和温度的变化趋势可用于给电源系统构建特征轮廓。一旦找到好系统的特征，就可以轻松识别出存在缺陷的系统或即将失效的系统。
电流密度之外，lorry还分享了adi的其他电源创新：”adi推出的silent switcher 的创新构架，极大减少了死区时间，提高了pwm波形上升斜率，极大降低了振铃从而降低emi。silent switcher解决emi和干扰问题的能力经过不断的迭代、优化、升级，一直保持业内遥遥领先的状态。“据lorry介绍，过去要解决emi的问题，大部分的供应商会用四层板、六层板加屏蔽、隔离等等，但adi的silent switcher用两层板做一个标准设计就可以满足emi的标准，甚至还有一些余量（当然用四层板更好，但基于silent switcher技术两层板已经可以满足工业级emi标准）。
而在关键指标效率上，也有突出的表现，为了解决工业和通讯市场的大功率高效率电源设计，adi还研发了不使用电感的跟随型电源转换器，在2.8cm x 2.8cm x 0.6cm的微小体积下，可实现500w输出功率高达99%的转换效率的48v输入至24v/20a电源变换。同时还与优化后的buck电路配合设计了一个ltc7821混合转换器，实现高达97%效率的更低稳定电压转换输出。
高性能和低bom成本如何兼得？
此外，lorry就如何改善电源的性能这个问题，向大家介绍了adi 电源的超低噪声ldo线性稳压器——lt3045。该器件是广受欢迎的 200ma lt3042 超低噪声 ldo 的较大输出电流版本。lt3045 采用独特设计，在 10khz 时产生仅为 2nv/√hz 的超低点噪声，在很宽的 10hz 至 100khz 带宽上产生 0.8µvrms 整体输出噪声。其低频和高频 psrr 性能非常出色。低频 psrr 直至 10khz 时超过 90db，高频 psrr 直至 2.5mhz 时超过 70db，从而可以大大改善了电源的低噪声和纹波特性。
lt3045 运用adi专有的 ldo 架构，即精准电流源基准之后跟随一个高性能单位增益缓冲器，从而产生几乎恒定的带宽、噪声、psrr 和负载调节性能，并不受输出电压影响。此外，该架构允许多个 lt3045 并联，以进一步降低噪声、增大输出电流并在印刷电路板上扩散热量。
会上，lorry列出了与其他器件的比较图，让人印象深刻，锂电池有2.7μv的噪声，而lt3045在同样电流下只有0.8μv噪声，1m以下psrr值都在76个db以上。
最后，lorry提到成本问题：“对于电源管理芯片的发展来说成本恐是最大的阻碍。不基于成本谈设计就是耍流氓，做产品设计不可能只考虑性能。”近年来，电容价格飙升，lorry分享的数据表明80年的时候一辆车只有100个电容，到2017年的时候一辆车用2500多电容，到2025年的时候，可能一辆汽车上有5000颗电容。如果你的电源设计和系统设计上一堆的电容，那这个成本可能会超过你的想象。对此，lorry以一个12v转5v和3.3v两路输出为例，都是双路4a，12v转5v加上12v转3.3v。用很多方案可能需要65个器件、32个电容，而adi最新的silent switcher的方案只需要14片电容，整个器件数量只有24个，这样的采购、生产、制造就能够有效的控制成本。
结语
不论是工业、通信、能源，还是汽车、数据安全，电源是一切应用的基础，电源的品质和可靠性对系统至关重要。“adi 电源一直致力于追求创新，如何提供高性能的方案，也尽可能在全世界范围内提供卓越的技术支持。”lorry指出。据悉，为了配合国内工程师使用adi 电源的产品，adi还提供了很多免费的软件工具都可以在adi官网免费下载使用，例如：ltpowercad，可以做整个电路的规划以及做运算；生成的数据可以导入ltspice仿真工具做进一步的仿真；通信设备上需要电源管理做psm，做系统的板级电源管理，可使用ltpowerplay；传统adi的电源产品也有一个仿真工具叫adisimpe。这4个软件都可以在adi官网免费下载使用，帮助客户简化设计。
来源：21dianyuan