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電源轉換

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Vicor推支援97%峰值效率48V至12V轉換器

最新 DCM3717 可讓資料中心、汽車和工業市場的客戶迅速從現有 12V 負載系統快速轉換成具顯著電源系統尺寸、重量及效率優勢的高效能 48V 供電系統。 DCM3717 為非隔離,採用 37 x 17 x 7.4 公釐的表面黏著轉換器級封裝 (SM-ChiP),支援 40 至 60V SELV 工作輸入電壓,可校定提供 10.0 至 13.5V 的穩壓輸出、750W...
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Advanced Energy推多款直流/直流電源轉換器

Advanced Energy日前宣布推出三款屬於UltraVolt LE系列的全新高壓直流/直流電源轉換器。這三款最大輸出電壓更高的新產品推出之後,UltraVolt LE系列的選擇將會更多。 Advanced Energy 高壓和低壓產品副總裁暨總經理 Conor Duffy 表示,該公司推出多款屬於LE系列直流/直流穩壓電源的不同型號產品,讓客戶有更多選擇。對於一些需要高壓直流電源的特殊應用場合,這系列電源轉換器尤其適用。高精確度醫療設備和分析儀器是LE系列電源轉換器面向的主要市場。這類設備要求高壓電源在不同的環境溫度和線路負載之下都可持續提供穩定的高壓輸出,尤其對於質譜儀、電子束及離子束定向和聚焦光學儀器、毛細管電泳儀以及靜電設備等應用來說,高壓電源是整個系統能發揮卓越的效能的關鍵。 Advanced Energy全新推出的20LE、25LE和30LE電源轉換器可提供20kV至30kV(直流) 的最大輸出電壓。這些新的型號將擴展LE系列現有產品(1kV至15kV) 的輸出範圍。這系列電源的漣波極低,在不同的溫度情況下仍可穩定作業,適用於多種需要使用高壓電源的高精確度設備。 Advanced Energy的LE系列電源轉換器還有其他優點,其中包括更好的測量重複性,解析度和長期穩定性;透過降低控制訊號雜訊和漂移來提高高壓電源的輸出效能;加速客戶的電氣和機械的系統整合。
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TI:擴展電源轉換應用即時控制資源並維持平台開發解方

在需要連續的高性能與高效率的即時電源轉換領域,投資可擴展與不間斷的工業與汽車電源轉換解決方案對設計工程師而言至關重要。這種需求更提升了對即時控制系統的需求,例如在伺服驅動系統、電力傳輸、電網基礎設施和車載充電應用中對MCU每秒百萬條指令(MIPS)的計算能力,脈寬調變器(PWM)和類比數位轉換器(ADC)的數量。這也導致開發人員需要以簡單且低風險的方式建立與維護其產品線。性能可擴展性(Performance Scalability)和產品組合相容性(Portfolio Compatibility)為開發人員提供了一種省力又符合經濟效益的方式來擴展即時控制資源並長期維護電源轉換解決方案的平台。 可再生能源的興起帶動了在諸如太陽能逆變器等應用中使用更高功率水平的趨勢。隨著功率水平的提高,需要更多即時控制資源。例如MIPS、PWM 和 ADC,這些都是功率轉換過程中至關重要的零組件。解決此需求的典型方法是藉由單一中央控制器控制太陽能逆變器系統中的多個功率級。若該控制器的資源不足以解決更高的功率水平與越來越多的功率級時,該如何處理呢?分散式架構就是這個問題最好的解決方案。 分散式架構的理念如下:連接多個即時控制MCU,以擴展系統可用的資源和周邊裝置的數量。此方案能使設計人員在不影響產品性能的前提下實現其產品要求的性能與效率。多晶片解決方案的成本、藉由隔離和接口速度連接多裝置的複雜性、以及主機/主處理器上缺少具有外部記憶體接口的周邊裝置 德州儀器(TI)的C2000即時控制MCU產品組合藉由分散式架構實現電源轉換的價值,同時解決了上述的三個問題:C2000即時控制MCU產品組合的最新版本 TMS320F28002x 系列價格實惠,可幫助設計人員透過分散式架構最佳化BOM 成本。C2000 即時控制MCU產品組合中的其餘功能可以進一步最佳化系統成本。 而快速串行接口(FSI)以高達200MBPS的速度實現可靠且強大的高速傳輸晶片(Chip-to-chip)或板對板(Board-to-board)通訊。與其他接口(如 CAN 或 SCI)相比,FSI 更具優勢。CAN 與 SCI 的速度慢且不提供偏移補償(Skew compensation),並不適合作為連接多個MCU跨隔離通訊的解決方案。由於FSI固有的偏移補償功能和速度,連接多個MCU以獲得資源可擴展性成為一種省力且穩健的接口選項。 F28002x中引入的主機接口控制器(HIC)使MCU可以充當橋接器,使主處理器最終能間接獲得控制器上的 FSI 和其他周邊裝置。無論讀者的主機處理器上是否提供FSI,F28002x 都允許設計人員透過分散式架構實現可擴展性。 除了資源可擴展性,設計人員還面臨構建和維護產品平台的挑戰。為了有效實現這一點,需要一種省力且低風險的方法來構建從高階到中階再到低階的產品線。 C2000 即時控制MCU產品組合提供了跨系列裝置的周邊和代碼相容性,減輕開發人員使用多種產品的工作量。這簡化了基於類似MCU技術的產品遷移和構建過程,從而實現了可持續的平台解決方案。圖 2 所示為C2000即時控制 MCU從高階到中階再到低階的第三代產品中接腳到接腳、周邊裝置和代碼相容的系列裝置。 在不斷發展的汽車和工業電源轉換市場中,設計人員正在尋找能夠幫助他們應對2個關鍵設計挑戰的創新解決方案:如何輕鬆擴展即時控制資源,以及如何建立與長期維護平台解決方案。透過FSI連接多個C2000即時控制MCU,以在太陽能逆變器和分散式多軸伺服驅動器(Distributed...
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EPC推高功率密度應用ePower功率級積體電路系列

宜普電源轉換公司(EPC)宣布推出80V、12.5A的功率級積體電路,專為48V DC/DC轉換而設計,用於具有高功率密度的運算應用及針對電動車的電機驅動器。 宜普電源轉換公司首席執行長兼共同創辦人Alex Lidow表示,離散式功率電晶體正在進入最後發展階段。矽基氮化鎵積體電路可以實現更高的性能、占板面積更小,省卻很多所需工程。該全新功率級積體電路系列是氮化鎵功率轉換領域的最新發展里程,從整合多個離散元件,以至整合更複雜的解決方案都可以,進而實現矽基解決方案所不能實現的電路性能、使得功率系統工程師可以更容易設計出高效的功率系統。 EPC2152是一個單晶片驅動器並配以基於氮化鎵場效應電晶體(eGaN FET)、採用EPC專有的氮化鎵積體電路技術的半橋功率級。在單晶片上整合輸入邏輯介面、電平切換電路、自舉充電電路、閘極驅動器的緩衝電路及配置為半橋元件的輸出氮化鎵場效應電晶體,進而實現晶片級LGA封裝、細小的外形尺寸(3.9毫米×2.6毫米×0.63毫米)。 當48V轉到12V的降壓轉換器在1 MHz的開關頻率下工作,EPC2152 ePower 功率級積體電路可實現高於96% 的峰值效率,相比採用多個分立元件的解決方案,這個積體電路在PCB的占板面積少33%。 該系列在未來會進一步推出採用晶片級封裝(CSP)及多晶片四方偏平模組(QFM)的功率級IC。在未來一年內將推出可在高達3至5 MHz頻率範圍工作、每級功率級的電流可高達15A至30A的產品。
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TI整合式變壓器技術縮小隔離式電源至IC封裝尺寸

德州儀器(TI)近日推出採用新專利整合式變壓器技術開發的積體電路(IC),具低電磁干擾(EMI)的500-mW高效隔離式DC/DC轉換器UCC12050。2.65-mm 的高度能讓工程師縮小解決方案的體積(與分離式解決方案相比減少80%,與電源模組相比則減少60%),效率更是同類競品的兩倍。UCC12050 專為提高工業應用性能而設計, 5-kVrms 能強化隔離而 1.2-kVrms 的操作電壓則可防止系統於工業運輸、電網基礎設施和醫療設備中出現高壓峰值。 TI 突破性的整合式變壓器技術可實現高密度隔離DC/DC電源轉換,並同時維持低EMI。單封裝、表面貼焊結構(Surface-mount Architecture)的特性提供工程師一個易於使用的薄型IC,幫助減少物料清單,且能於廣泛的溫度範圍內高效運行。EMI 最佳化、低電容變壓器和靜音控制設計(Quiet Control Scheme)簡化EMI規範,同時提供了可選擇強化或基本隔離的可靠解決方案。 TI將於2020年3月15日至19日在美國路易斯安納州新奧爾良舉行的應用電力電子會議 (APEC)的1001號攤位上展示UCC12050。 這種全新高密度隔離式電源轉換器可為任何需要隔離的工業應用提供小尺寸和易用性。此外,新型 UCC12040 以 3-kVrms 基本隔離提供所有相同的優勢。
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48V電壓系統嶄露頭角 車載雙向降壓/升壓控制器建功

48V解決12V系統的局限性 新結構由兩個獨立的分支組成。傳統的12V匯流排採用鉛酸電池來滿足車載娛樂系統、照明與車窗等常規負載;而新的48V系統可以支援更繁重的負載,如:起動機發電機組、空調壓縮機、主動底盤系統、電動增壓器、渦輪增壓器和回饋制動。 如圖1所示,雙向電源供應將12V系統和48V系統橋接起來。不僅減輕汽車的重量,同時也提高了燃料效率,減少二氧化碳排放。48V系統可減輕線束(Wiring Harness)的重量。電壓越高,線規越小,這樣可以在不犧牲性能的情況下縮小電線尺寸和重量;如今高級車輛的接線長度可達4公里以上。 圖1 12V/48V雙向電源供應系統 與傳統的12V電池相同,48V鋰離子電池或超級電容器與雙向DC/DC轉換器能提供高達10kW的可用功率使雙電池系統更加完善。雙向電力傳輸需要在電池放電時給電池充電,並且在超載情況下為相反的電壓軌提供額外的電力。本文將討論12V/48V系統的要求,以及使用創新平均電流模式控制方案。該降壓/升壓控制器實現雙向能量轉換的所有控制電路,使系統明顯比傳統的離散式方案更為簡化。 LV 148標準規範 48V電池汽車系統的LV 148標準規定48V電源軌上的最大電壓必須達到70V且至少保持40ms。此外,在這種過載電壓情形中,系統必須保持正常運作,且不會產生任何性能損失。對於半導體供應商而言,這意味著連接到48V電源軌的所有電源都必須承受70V輸入電壓。然而汽車業者認為安全係數應該達到10%或更高;為了滿足這個期望,未受保護的48V電源軌上零組件的額定電壓應為100V。 對於從48V電源軌到12V電源軌的電力傳輸,可使用降壓轉換器;12V至48V的電源傳輸則可使用升壓轉換器。降壓和升壓拓撲結構在功率電子領域是眾所周知的,但設計兩個獨立的轉換器將占用電路板空間,並增加系統複雜性和成本。 設計工程師通常使用數位控制方案管理12V和48V雙電池系統,該方案包括多個分立元件,如電流檢測放大器、閘極驅動器和保護電路。德州儀器(TI)提供混合式架構,其中微控制器(MCU)處理更進階的智慧管理,而整合類比控制器(如LM5170-Q1)提供電源轉換功能。LM5170-Q1還可以在純類比功能中運用,並將MCU從迴路中移除。 LM5170-Q1可在雙48V和12V汽車電池系統之間高效傳輸每相500W以上的電力,並提供整合的電流檢測放大器和高電流閘極驅動器。系統保護功能包括整合斷路器和獨立的相電流監控,可避免使用額外的分立元件。並聯堆疊多個控制器可以提供千瓦的功率(圖2),48V匯流排可為驅動各種系統提供10kW的功率。 圖2 LM5170的電流控制迴路 平均電流模式控制方案在由方向輸入回應(DIR),訊號指定的方向上調節在高壓埠和低壓埠之間流動的平均電流。將DIR設置為「1」時,電源從48V埠流向12V埠。將DIR設置為「0」時,電源從12V埠流向48V埠。DIR指令(DIR command)定義如何在降壓或升壓模式下控制Q1和Q2。 傳統的平均電流模式控制方案存在兩個挑戰:電流迴路傳遞功能隨工作電壓和電流條件而變異,且雙向操作需要兩個不同的迴路補償。在TI的LM5170-Q1中,雙向操作的傳輸功能相同。由於TI解決方案保持固定迴路增益,因此它允許單個電阻-電容(RC)網補償降壓和升壓轉換。 LM5170-Q1控制方案的優點,包括以下幾點: 高準確度:控制器的1%精確雙向電流調節確保精確的電力傳輸。 功率效率:LM5170-Q1能實現高於97%的系統效率。 高精密度:控制器具備99%的準確度監控電流。 高功率:整合的5A峰值半橋式閘極驅動器提供高功率能力。 卓越的性能:同步整流器金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)的二極體模擬模式可防止負電流並提高輕負載效率。 汽車品質:LM5170-Q1獲汽車電子委員會(AEC)-Q100認證。表1列出了48V系統中需要考量的功能。 如圖3所示,簡化的應用電路展現LM5170-Q1的整合特性。 圖3 簡化的應用電路 在LM5170-Q1控制器上,類比訊號或數位脈衝寬度調變(PWM)輸入規劃了電流調節層級。雙通道差分電流檢測放大器和專用通道電流監視器達成典型的1%精確度。5A半橋式閘極驅動器能夠驅動並聯MOSFET開關,提供每相500W或更高的功率。同步整流器的二極體模擬模式能防止負電流並提高輕負載期間的非連續模式操作的效率。保護功能的特色包括逐週期電流限制,高壓和低壓埠的過壓保護,MOSFET故障檢測和過熱保護。 功率層級與控制電路 48V-12V雙向轉換器操作的平均電流模式控制方案具有以下功率級: .高側FET(Q1) .低側FET(Q2) .功率電感器(LM) .電流檢測電阻(RCS) .兩節電池:一節在高壓埠,一節在低壓埠。 控制電路包括: .透過DIR指令(0或1)進行方向轉向且增益為50的電流檢測放大器。 .用作電流迴路誤差放大器的跨導放大器(Transconductance Amplifier),在非反相針腳上施加參考訊號(ISET)以設置相位直流電流調節值。 .PWM比較器。 .與高壓埠電壓成比例的斜坡訊號。 .由DIR控制的轉向電路應用PWM訊號控制Q1或Q2作為主開關。 .COMP節點處的迴路補償網路。 48V-12V雙向轉換器通常必須具有高精確度的電流調節(優於3%),以精密地控制從一個電池軌向另一個電池軌傳輸的電量。由於高功率,系統通常需要交錯並聯多相電路來共用總負載,且共用應在各個相位之間保持均衡。由於不能實現多相共用,所以電壓控制模式拓撲並不合適。 LM5170-Q1藉由同步多個控制器實現更多相位,並達成多相並聯運行。每個相位與相移時鐘同步。使用多相架構可減少零組件的物理尺寸,並使得熱管理更加容易。為了並聯每個功率相,在降壓或升壓模式操作中的控制方案是電流模式控制。多相操作還可使得每相交錯切換,以減少輸出波紋,以降低電磁干擾(EMI)。 最後,在使用兩節電池的情況下,在維護期間可拆卸一個或兩個汽車電池並重新連接。在重新連接期間,可能將電線連接到錯誤的電池接線頭,並損壞ECU中的元件。為避免這種類型的損壞需要反極性的保護。由於功率損耗高,無法使用蕭特基二極體。相反,LM5060-1-Q1高側斷路器控制器和n通道MOSFET降低了功耗。當與電源串聯時,LM5050-Q1與外部MOSFET一起作為二極體整流器工作。可以連接5V至75V的電源供應,並可承受高達100V的瞬態電壓。 滿足未來汽車電氣系統需求 LM5170 48V-12V雙向轉換器評估模組(EVM)旨在展示LM5170-Q1控制器。可以藉由外部指令訊號或板載跳線(Onboard Jumper)控制電流的方向。透過板載介面接頭,可以使用數位訊號處理器(DSP)、現場可編程陣列(FPGA)、MCU或其他數位控制器來操作EVM。 此外,12V/48V汽車系統的雙向DC/DC轉換器參考設計滿足12V/48V汽車系統的典型工作電壓要求。該系統使用兩個LM5170-Q1電流控制器和一個MCU進行功率級控制,為系統提供電壓回饋。TI的12V/48V解決方案採用創新的平均電流控制方案提供電流控制,消除了額外的相電流平衡電路。LM5170-Q1具備高度整合程度,可減少印刷電路板面積,簡化設計並加速開發。 (本文作者為德州儀器汽車動力系統系統工程師)
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Vicor將於台北舉辦高性能電源轉換研討會

設計高性能電源系統的複雜性逐年增加。為高效能電源轉換部署可靠的設計方法,對於實現一次性成功以及滿足新興技術快速變化的電源需求至關重要。 Vicor作為高性能模組化電源系統的創新者,從2019年9月17日起,將在8個國家、12座城市舉辦的2019高性能電源轉換研討會上分享專業技術。 為期一天的研討會將免費開放,包括一場主題演講主講人為日月光集團研發中心副總經理張欣晴,主要負責為WWAN/WLAN數據機、mmWave、智慧型手機、穿戴式裝置以及汽車電子應用提供系統級封裝的異質整合。他所發表的技術論文和所擁有的全球專利總數超過30件。其他時間將由專家們與您分享和互動,教您識別常見的誤區並提供獲得成功高性能電源系統設計的方法指導。 精彩內容包括降低EMI、熱建模、PCB 佈局、DC-DC 設計以及實施AC-DC前端等方面的全新技術。研討會將使用真實案例來說明目前的電源挑戰。 研討會日期:2019年10月2日,地址:台北市中山區敬業四路168號維多利亞酒店,與會對象:AC-DC或DC-DC電源系統設計的工程師。
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創新驅動器滿足PFC/THD要求 LED照明效能更精進

在LED技術出現之前,大多數照明應用都是根據使用的燈泡類型及耗電量來定義,但LED改變此觀點。如今,同樣的基本固態技術適用於低、中、高功率照明應用,提供更高能效與更好的亮度。 在高功率細分市場,如螢光燈管、路燈與泛光照明(Flood Lighting)的標準嵌入式燈具,以及其他形式的戶外照明,可能節省大量的電力。當考量到連接的方便性與可調輸出位準時,LED照明的實務案例就很難被取代。由於高能效,大多數LED照明應用可以用在小於100W的功率級解決,這非常重要,因為會直接影響到所需的電源轉換器、LED控制器與LED驅動器的拓撲結構。 穩定電流為LED挑戰 基本上,除白熾燈泡(直接採用交流電源運行)以外,大多數燈都需要某種電源轉換。雖然LED照明採用正極或整流電源運行(Rectified Supply),但其他大多數照明技術皆採用高壓/高頻的交流電源運行。因此通常有能量損失且能效低,但是對於同樣的亮度,LED消耗的功率要低得多,因此能夠採用低壓AC-DC電源。功率需求小於100W的燈通常採用單級返馳拓撲(Single-Stage Flyback Topology)。從交流轉換到直流電,同時提供恆定且穩定的電源,以減少閃爍,是從現有照明轉向LED的主要挑戰。 至少在短時間內,期許整個照明電路切換到直流電是不合理的,因此有必要為每個燈泡、燈具或嵌入式燈具開發轉換與驅動層級。最方便的方法,至少對使用者來說,是將這些元件整合到燈具中,或完美的整合到燈泡本身。 對於低於100W的應用,單級轉換器是最常見的拓撲結構(功率水準超過100W通常需要多級轉換器)。一個單級轉換器能涵蓋廣泛的應用,甚至是個別燈泡或打火機所需的極低功率。 在所有範例中常見的是需要提供功率因子校正(Power Factor Correction, PFC)與低總諧波失真率(Total Harmonic Distortion, THD);這些因子現在都由政府立法,但實際標準可能因地區而異。取決於應用消耗的功率,PFC與THD是強制性的,許多製造商正關注替代方案,例如LED正取代省電燈泡(Compact Fluorescent Lamps, CFL)。這在現有的物理空間方面存在重大挑戰,因為所有的AC-DC轉換與LED控制器/驅動器功能都需要整合到通常只由燈泡本身占用的空間中(圖1)。 圖1 LED燈泡內部 PSR簡化變壓器設計 由於空間限制與立法要求,LED內部功率轉換的首選拓撲是採用初級調節回授控制(Primary Side Regulation, PSR)的單級返馳轉換器。這能透過使用比次級調節回授控制拓撲更少的元件與更小的電容器來實現,半導體製造商現在提供一系列的元件來滿足此項需求。 PSR的一個優點是不需要任何次級端回饋,簡化變壓器的設計,毋須光電隔離。所採用的調節類型對於實現PFC與THD目標也很重要。為滿足要求,製造商正轉向非連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)。在這種模式下,儲存在變壓器中的電荷在交換電晶體(Switching Transistor)導通前完全耗盡,因此輸出二極體的電壓也達到零。這將造成沒有電流通過初級端或次級端的一段時間,即所謂的停滯時間(Dead Time),因此這種返馳拓撲被命名為非連續。它的優點是整個二極體沒有損耗,在輸出功率較低的應用中,可以產生相對較小的變壓器。 但是,它容易受到漣波電流(Ripple Current)的影響,會導致損耗。 谷值切換(Valley Switching)是DCM的延伸,當輸出電壓的振鈴處於最低值時使電晶體導通。這發生在停滯時間(Dead...
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