物联网爆发时代 电源管理技术会如何发展!

导读:psu电源 开发 各种技术一把抓 当今电源供应器(PSU)市场,包含了消费性电子、电脑周边、工业电子、网路通信、照明、电动车、绿能发电等7大范围;而物联网时代,PSU的发展可分成两大区...

psu电源开发 各种技术一把抓
当今电源供应器(PSU)市场,包含了消费性电子、电脑周边、工业电子、网路通信、照明、电动车、绿能发电等7大范围;而物联网时代,PSU的发展可分成两大区块:1. 符合产业标准,如EMC、Safety安规、NEBS等,或者2. 因应市场需求/客制需求,如高功率密度、小体积、高能效、低成本、智慧用电等。

蔡宪逸列出各国安规,除了EMC、各国安规标准之外,还有许多能源组织在制定新的法规,例如美国有EPA(环保局)、ECOS(美国环境委员会)、The Green Grid(绿色网格联盟)、能源之星等,欧盟也有Lot 6与电池充电器和外接电源等规范。

在安规、法规部份,如能源之星、欧盟Lot6都有严格的电源效率规范,而The Green Grid在各PSU的80 PLUS节能标准中,也严格制定铜、银、金、白金、钛金各等级的效能要求,其中钛金还规范到10%负载时,必须具备90%的电源转换效能。

在市场需求部份,高功率密度的产品有其吸引力,如FINsix公司2014年发表Dart(号称世界最小的65W笔电变压器),采MIT的VHF(非常高功率)的专利设计,比苹果的体积还小4倍。

在智慧用电方面,有PMbus的通讯介面标准,定义各种PSU的共通语言,可监测PSU内部各种输出/入的电压/电流、风扇转速等状态,以及过压、过电流等保护措施等监控,让PSU迈向Smart化。

至于数位控制部份,也开始透过外加的MCU(微控制器)来提供监测、保护、通讯等需求,包含AC侧也要可监控,甚至再结合PWM控制功能,以达成全数位化之要求。例如TI (德仪)就有这样的产品方案,提供稳定且智慧的电源方案。

在PSU的现有技术上,行动装置相关的就有DC/DC整流技术的各种产品,像是LDO稳压器,SIMO(单输入多输出),以及Constant ON time (恒定时间),V2控制器等技术。

至于提升效率的现有技术,可采用SR(同步整流,减少传导耗损)、QR(准谐振,以软式切换技术,来减少硬体切换时的耗损)、Interleaved Flyback(交替返驰式;提升满载时效率)、Bridgeless(无桥式电路;改善导通耗损)与LLC谐振转换(提供零电压切换、降低EMI(电磁干扰)与元件应力、免输出电感、可整合变压器与谐振电感)等技术,来提升效率。

在空载与低载的节电设计技术上,可采用线性频率降低或爆发模式,来改善切换与驱动损耗。

至于改善EMI部份,可透过Jitter来降低切换频率的能耗,另以主动式EMI过滤器,可取代传统体积大的共模电感,以改善整体EMI。

在提高功率密度方面,电源管理IC将周边各功能电路纳入设计,可有效缩减零件数目,其他各零组件强调电源模组化(Integrated Power Electronics Modules;IPEM),尤其在磁性元件部分。

另外,新材料GaN(氮化镓)具低反向回复电流特性,且制成与MOS相似,具成本优势,可使用GaN(氮化镓)来代替矽材料,除有效改善效率外,也可提高功率密度。

而未来在无线充电技术部份,有分成接触点式与非接触点式。目前有WPC与PMA联盟所主导的磁感应式充电,只可短距离充电,另A4WP联盟则以磁共振式充电,距离可以较远,但效率较低。各阵营也互相合作,来提升充电效率。

总之,各式电源供应产品,将往更轻薄短小、高效率、低成本且具备物联网的智慧功能之趋势发展。

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