電源的六大酷領(lǐng)域及動(dòng)向

MR加強了無(wú)線(xiàn)充電認知度

　　無(wú)線(xiàn)充電將是許多便攜式設備的一個(gè)標準功能。如可穿戴設備出于多種原因將采用無(wú)線(xiàn)充電作為專(zhuān)用的充電方式。以助聽(tīng)器和醫療及臨床可穿戴設備為例，將受益于這技術(shù)，實(shí)現為電池充電的同時(shí)提供防潮密封的產(chǎn)品用于該領(lǐng)域。這還將省去許多機械門(mén)或連接器，并降低相關(guān)的操作和維修成本。消費電子和計算機產(chǎn)品如智能手機、平板電腦、消費可穿戴、筆記本電腦和混合電腦(hybrid PC)也將是無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的主要目標應用，并將具有領(lǐng)先的市場(chǎng)銷(xiāo)量。

　　磁感應(MI)技術(shù)已加強了無(wú)線(xiàn)充電認知度并開(kāi)啟了將這特性用于便攜式產(chǎn)品的大門(mén)，磁共振(MR)技術(shù)將最終提供必要的用戶(hù)體驗使無(wú)線(xiàn)充電成功用于我們的生活。MR是將來(lái)實(shí)現無(wú)線(xiàn)充電的一種技術(shù)，具有許多優(yōu)勢，從用戶(hù)體驗角度將更具吸引力。無(wú)需對準設備使無(wú)線(xiàn)充電成為可能，用戶(hù)可在相同空間為具有不同功率要求的多個(gè)設備充電，該技術(shù)可透過(guò)表面而無(wú)需接收器和發(fā)射器之間的直接接觸，可在有各種金屬處充電，并且可以高功率充電而不損壞便攜式設備。AirFuel是提供隨時(shí)可用的MR技術(shù)的唯一標準。AirFuel正著(zhù)手遠場(chǎng)無(wú)線(xiàn)充電，這可在更大的范圍為設備供電。

15W中功率定位平板電腦

　　最近，多家企業(yè)展示或發(fā)布了無(wú)線(xiàn)充電的15W方案。

　　ROHM在3月上海的慕尼黑電子展上展示了取得WPC中功率Qi認證的15W以下的方案，可滿(mǎn)足10W級應用中的無(wú)線(xiàn)供電。這樣，ROHM從5W左右的小功率擴展到中功率市場(chǎng)。

　　ROHM支持Qi和PMA兩種標準，這次展示的主要是基于Qi的產(chǎn)品。目前Qi中功率(15W)時(shí)效率可達約83%，小功率(5W，1A)的效率相對低一些，約75%，原因是小功率的元器件損耗稍大。

　　此次展示了無(wú)線(xiàn)供電控制IC“BD57015GWL”(接收端/終端)和“BD57020MWV”(發(fā)射端/充電端)。特點(diǎn)是：1.接收端/終端產(chǎn)品BD57015GWL搭載輸出用LDO，可輕松改變輸出電壓，因此，無(wú)需改變供電電流即可提高輸出功率。2. 搭載ROHM的位置偏差檢測功能，充電效率更高。具體地，當給終端充電時(shí)，如不將終端放在充電裝置的中心，充電效率就會(huì )顯著(zhù)下降。位置偏差檢測功能可對終端的位置偏差發(fā)出提醒，有助于提高充電效率。

　　ROHM的優(yōu)勢是品質(zhì)，有多年的功率技術(shù)積累，而且生產(chǎn)采用一條龍工藝，使整個(gè)環(huán)節都有質(zhì)量保證。

能量收集

能量轉換芯片需要低功耗和高轉換效率的雙項指標

　　能量無(wú)處不在，能量采集和儲存技術(shù)其實(shí)也并不是很新。但隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的應用會(huì )用到能量采集技術(shù)、能源管理系統和可充電電池，以便能夠在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中持續使用。很多公司都在投入去開(kāi)發(fā)能量收集芯片，產(chǎn)生了很多創(chuàng )新技術(shù);在這個(gè)領(lǐng)域中遇到的問(wèn)題是想要將收集到的能量真正派上用場(chǎng)，既需要解決芯片自身低功耗的問(wèn)題，還要考慮如何大幅提高轉換效率，這對能量采集芯片設計提出了新的挑戰。

　　必須積少成多地把它們收集并管理起來(lái)，這也涉及到能量存儲及減小漏電流的問(wèn)題，需要有能連續存儲并極低漏電流的存儲器件，只有漏電流遠遠小于收集的能量，這些采集來(lái)的能量才有可能會(huì )被用到;一旦這些采集到的能量集中管理起來(lái)后，可以被用來(lái)驅動(dòng)一些短暫或脈沖型的負載;對于那些連續工作的負載就牽扯到另一個(gè)問(wèn)題，低功耗和超低功耗器件，只有這些超低功耗的器件的工作損耗與采集的能量及這些能量的管理達到平衡，微能量采集才能真正被廣泛應用。

　　針對能量采集芯片的挑戰，ADI目前推出了一系列基于太陽(yáng)能的能量采集芯片--ADP5090/5091/5092。這是一種非常好的解決方案。它具有極低的功耗(<300nA)并在很低的電壓(380mV)下即可啟動(dòng)工作;它可以管理采集到的微能量并給電池(鋰電池、薄膜電池、超級電容等)和電容充電，使之達到負載所需的工作電壓;可以支持突發(fā)性的射頻輸出或MCU，并支持第二塊后備電池;對于如何提高太陽(yáng)能的轉換效率，該芯片特別設計了MPPT控制功能來(lái)保證太陽(yáng)能電池板能一直工作在最大功率點(diǎn)上，只需要手表盤(pán)大小的太陽(yáng)能電池板即可工作。該芯片可以廣泛應用于可見(jiàn)光照射下的任何便攜式設備、無(wú)供電電源的傳感器、無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊、可穿戴設備等多種應用中。

數據中心電源

數據中心的電源系統將由12V轉到48V

　　近日，google在會(huì )上宣布加入由 Facebook 發(fā)起的OCP計劃，并將自己在數據中心設計的研究結果捐獻出來(lái)，所捐出的48V電源的機架設計包含48V伺服器至負載點(diǎn)設計、機架層48V鋰離子不斷電系統等。數據中心的耗電量占全球耗電量的1.5%左右，而且還在攀升。對數據中心的供電優(yōu)化，降低PUE將有助于減少炭排放，減緩全球溫度升高。google數據中心PUE的提升歷程，目前已經(jīng)可以做到1.1以?xún)?，而同期國內的PUE平均在2.2左右，有巨大差異。

　　48V電源分配系統在CT設備中已經(jīng)廣泛使用了幾十年，而在IT設備中一直采用的是12V。更高的電壓意味著(zhù)更低的電流，更低的線(xiàn)路損耗。對于上千安培的母線(xiàn)電流來(lái)說(shuō)，細微的阻抗也會(huì )導致很大的功率損耗。隨著(zhù)數據中心數據吞吐量和運算量的不斷提升，機架的功率持續上升。最近VR(虛擬現實(shí)技術(shù))紅遍全球，虛擬現實(shí)技術(shù)會(huì )帶來(lái)海量的圖形計算，將會(huì )有更多的大功率GPU使用在機房中，帶來(lái)海量的數據傳輸，導致ICT設備的單機功耗增加，勢必會(huì )進(jìn)一步推高數據中心對電能的需求。根據google公布的數據，采用了48 V電源分配器的新機架設計，相比傳統的12V方案，電力的損耗降低了 30%。數據中心的電源系統將由12V轉到48V。

　　Vicor的48V直接到低壓大電流負載點(diǎn)的方案已經(jīng)在google的數據中心大量使用，為其30%的效率提升作出了杰出貢獻。

　　Vicor的48V架構稱(chēng)為FPA，包括前端采用深降壓拓撲結構的預穩壓模塊(PRM)和后端采用正弦幅值變換器(SAC)的電壓變壓模塊(VTM)兩部分構成。PRM輸出一個(gè)母線(xiàn)電壓，40V左右，VTM為理想直流變壓器，以固定變壓因子輸出一個(gè)低壓大電流的功率(61mmX23mm的面積里面可以輸出高達180A的電流)。比如，輸入端為48V，要求1.8V 100A輸出，那么可以采用24:1的VTM，此時(shí)PRM的輸出電壓將為1.8*24=43.2V。采用不同變壓因子的VTM，調整PRM的輸出，可以非常高效地實(shí)現48V到POL的供電。在服務(wù)器或者交換路由器中， CPU、memory、ACIS、FPGA這類(lèi)低電壓大電流芯片為耗電大戶(hù)。高效地解決這些負載點(diǎn)是實(shí)現系統整體性能的關(guān)鍵。

小尺寸，高效率，高功率密度的電源成為大數據時(shí)代的基本需求

　　隨著(zhù)“云計算”概念的提出及推廣，如今已經(jīng)鋪天蓋地地滲入到社會(huì )的各個(gè)領(lǐng)域。幾乎所有行業(yè)都在以此打造更龐大、更完善的運作體系。這些體系正常運作的基礎，來(lái)源于大量的數據采集、數據傳輸、數據存儲以及數據交換。確保所有數通設備的正常工作，確保突發(fā)條件下的穩態(tài)輸出，確保故障情況下的后備供電，這些都對電源產(chǎn)品提出了更高的要求。小尺寸，高效率，高功率密度——這是大數據設備對電源產(chǎn)品的一個(gè)基本要求。由于系統高度集成，因此對電源產(chǎn)品的要求極高。而且，出于環(huán)?？紤]，綠色能源的標準也移植到新的設備規格里。

　　SynQor公司通過(guò)中間總線(xiàn)架構技術(shù)及專(zhuān)利很好地解決了這些困難。BQ55系列(輸入電壓：35～55Vdc)和BQ57系列(輸入電壓：40～65Vdc)產(chǎn)品，滿(mǎn)足輸出電壓匝數比4:1(12Vdc)& 5:1(9Vdc)的穩定輸出。同時(shí)，在標準工業(yè)封裝的前提下，八分之一磚尺寸標準模塊可帶載500-600W，四分之一磚尺寸標準模塊可帶載600-800W。另外，四分之一磚1000W，效率高達97%的產(chǎn)品也即將推向市場(chǎng)。這些產(chǎn)品對廣大客戶(hù)的數通設備的設計研發(fā)將帶來(lái)很大的便利。

參考文獻：

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本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第3期第6頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。