- Advertisement -
首頁 標籤 FET

FET

- Advertisment -

蔚華科攜手矽基分子開發新冠病毒快篩晶片

半導體測試解決方案廠商蔚華科技與矽基分子電測科技,日前共同宣布即將推出新冠病毒快速檢測晶片系統,以矽基開發的生物晶片,搭配蔚華科技客製檢測儀器,只要三分鐘即可判讀結果,即使感染初期或是無症狀患者,皆能取得準確的檢驗結果。此快篩系統即將與高雄榮總正式合作測試,預計於年底前完成驗證並量產,明年計畫再推出可同步篩檢流感及新冠病毒之檢測套組,有助流感與新冠肺炎之檢測分類。 新冠病毒快速檢測晶片系統,檢測結果僅需3分鐘 蔚華科技董事長陳有諒表示,雖然業界及學界持續投入相關技術研究,但生醫晶片在量產及應用一直未見重大突破,台灣半導體業向來具有晶片設計及製造能力的優勢,新冠病毒快速檢測晶片系統問世即是台灣在生醫及半導體跨領域整合的成功。 矽基分子執行長褚家容說明,有別於現行快篩技術所採用聚合酶反應(Real-Time PCR)檢測以光學訊號判讀,矽基分子利用「生物奈米矽場效電晶體」(Bio-FET)對電荷具極高靈敏度的特性,結合表面改質及分子檢測技術,當晶片偵測到待測物,電流訊號會立即上升,提供即時檢測結果。此外,每一晶片具有上萬個檢測點,微量檢體即可同時檢測上萬次,大量電訊號數據經過分析運算可產生準確率極高的檢測結果,且擁有核酸不需要經過PCR放大的高靈敏度,不但大幅縮減現行核酸檢測所需的時間,且準確度與核酸檢測相同,檢驗過程也更加安全簡便,成為新冠病毒早期快速檢測的良好解決方案。 中研院物理研究所陳啟東教授指出,矽基分子所擁有的快速檢測平台所採用的是多年來研究室與矽基分子共同開發,並已經過各式分子檢測驗證的生物場效電晶體檢測技術。檢測機制是基於生物分子反應伴隨的電荷改變,透過場效電晶體提供高精準度的即時檢測及輔助判斷治療。此一平台可應用於新冠病毒檢測,適合直接布署於機場、港口或人潮較多、感染風險較大的檢驗站,做為第一線預防的篩檢工具,將為全球疫情防控提供極大助力。 高雄榮總陳垚生副院長表示,矽基分子已在高雄榮總的建議下完成第一階段的檢測流程設定、探針序列設計及標準品測試,以及第二階段的複雜環境測試與閥值確認,目前已進入第三階段特異性測試及模擬檢體測試,測試結果與預估值一致,院方樂見雙方進一步合作,正式將檢測設備交給高榮,啟動下一階段實際檢體測試及盲測,預計可於九月底完成驗證。
0

隔離層偏置供電設計靈活並簡化 DC/DC電源四架構大整併

穿過隔離層移動訊號和電源對設計工程師而言是一項常見的挑戰。為了提高安全性和抗噪,或產生較大的電位元差時,可能需要在不同系統領域間進行隔離。如手機充電器透過內部隔離,可以在連接器短路時防止用戶觸電。而在工廠機器人等其他應用中,敏感控制電路單獨接地,並與產生較大直流電流、噪音和接地反彈的馬達進行隔離。 通訊和感應通常在隔離層中進行。具有控制器區域網路(CAN)或CAN靈活資料傳輸速率(FD)通訊協定的汽車應用,透過整合隔離和收發器元件的隔離式CAN收發器,可以將這些訊號和汽車的高壓側隔離。工業應用也可以使用CAN協定和RS-485協定進行遠距離序列通訊。與隔離CAN和CANFD訊號雷同,設計工程師可以使用專門為RS-485協定設計的隔離式收發器。保護繼電器使用隔離式電流和電壓感測器來感測電網中的電力輸送。牽引逆變器和馬達驅動器接收馬達控制器發出的脈衝寬度調變訊號,然後訊號經過隔離器向閘極驅動器發出開啟或關閉絕緣柵雙極電晶體的指令。 隔離偏置轉換器可透過從隔離層一側提供另一側偏置電源,實現隔離通訊和感應。電流和電壓感測器、數位隔離器和閘極驅動器通常需15W以下甚至低至幾十毫瓦的電源。圖1為上述每個應用的範例。 圖1 隔離式偏置應用 隔離式DC/DC偏置電源應用多 無論是具有外部電源開關的控制器、集結了多個電源開關和控制器的轉換器,或是整合控制器、電源開關和變壓器為一體的電源模組,都有許多可提供隔離式偏置電源的解決方案。因為偏置電源解決方案的種類廣泛,涉及的應用也五花八門,為了以最低成本符合各類規格,全面瞭解應用需求至關重要。設計人員至少應該瞭解偏置電源的輸入電壓範圍、輸出電壓和輸出功率需求。 有些應用需要多個偏置電壓,因此確定每個輸出的可接受調節範圍為關鍵。隔離等級、操作環境溫度範圍、電磁干擾(EMI)和電磁相容性(EMC)等系統要求會進一步影響設計決策。表1從較廣泛的角度展示隔離式偏置轉換器的四種規格範例。 接下來介紹隔離式偏置電源拓撲的一些範例。 返馳式架構靈活調節/隔離/輸出 返馳式轉換器是一種眾所皆知的拓撲架構,數十年來被廣泛應用。這種電源轉換器因擁有靈活性和低成本等特點,可用於多種應用。透過整合場效電晶體(FET)和一次側控制等增強功能,這種拓撲結構更受矚目。 相較順向、推挽和半橋型等降壓拓撲,返馳式拓撲僅需要一個初級開關、一個整流器和一個類似變壓器的耦合電感器,如圖2為轉換器的簡化電路圖。當初級開關打開時,輸入電壓會施加在初級線圈上,在變壓器的氣隙內儲存能量。在這種情況下,僅有輸出電容器能給輸出負載供電。初級開關關閉時,儲存在變壓器中的能量通過整流器輸送到次級側,為負載和輸出電容器供電。 圖2 返馳式轉換器 返馳式轉換器完全可作為偏置轉換器,原因為返馳式轉換器能在一個轉換階段內實現調節和隔離,也可靈活用於多個輸出。因此讀者可選擇輸出繞組的數量,隨後在變壓器上纏繞線圈,借此支援自身選擇的配置。輸出繞組上的電壓是工作週期和初級到次級繞組匝數比的函數;同時為滿足系統隔離需求,也可以將每個輸出端作為不同的接地基準點。此外,返馳式轉換器的其他優勢,包括相對較低的成本和寬輸入輸出工作電壓範圍。 為實現最佳性能,正確設計返馳式變壓器非常重要。變壓器應有良好的耦合力且漏電感低,以實現最高效率和最佳調節,尤其是在多輸出的情況下。然而還必須限制初級和次級側間的寄生電感,以防止產生過多的電磁干擾(EMI)。 隔離式偏置電源拓撲實現穩定控制 如德州儀器(TI)用於搭建隔離式偏置電源的專用拓撲—Fly-Buck轉換器,其工作輸入電壓可高達100V。與返馳式轉換器相同,金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)通常整合在積體電路(IC)內,可輕鬆實現初級側控制。圖3所示為Fly-Buck轉換器。該拓撲採用同步降壓轉換器和耦合電感器來產生一個或多個隔離式輸出;當高側開關打開時,初級側則作為降壓轉換器運作,次級繞組電流為零;而當高側開關關閉且低側開關打開時,初級側則利用其儲存的能量對次級側供電。 圖3 Fly-Buck轉換器 推挽式變壓驅動器彈性又降噪 推挽式變壓驅動器是適用於低噪聲、小型隔離式電源的常用解決方案,由具有嚴格電壓調節功能的輸入軌供電,以開環模式運作,固定工作週期50%。整合MOSFET到積體電路中,可實現緊湊的電磁解決方案。 圖4所示為推挽式拓撲。推挽式拓撲是順向雙端拓撲,有兩個MOSFET作為接地基準,因此毋須外部自舉電路。與單端順向拓撲轉換器類似,FET的電壓應力是輸入電壓的兩倍。兩個MOSFET每隔半個週期切換一次,工作週期為50%,驅動變壓器裡中心抽頭的繞組。 圖4 推挽式變壓驅動器 同步降壓轉換器非常普遍,因而使得Fly-Buck轉換器拓撲備受青睞。由於回饋迴路可以在初級輸出電壓處閉合,該轉換器不需要額外的輔助繞組或光絕緣器來進行控制。同時,因耦合電感器的結構靈活,匝數比、額定絕緣等級、次級繞組數和PWM工作週期都可控制,因此適用於多種應用。 與返馳式轉換器相同,耦合電感器也必須合理設計,尤其注意要在限制初級到次級的寄生電容時控制漏電感。對於需要100V以上輸入的應用,可以使用具有外部MOSFET的Fly-Buck轉換器。 推挽式變壓驅動器是一種普遍的隔離式偏置電源解決方案,原因是其具有靈活性,能支援多路輸出;其開環配置省去回饋迴路,進而簡化設計。該變壓器具有較低的初級和次級電容,相較返馳式和Fly-Buck轉換器能降低共模噪音。此外,推挽式拓撲能更有效利用變壓器鐵芯的磁化電流,以實現比返馳式和Fly-Buck轉換器更小的磁解決方案。 即使變壓驅動器具有許多優點,但也應注意權衡利弊。不同於返馳式和Fly-Buck轉換器,變壓驅動器不支援寬輸入電壓範圍,需要嚴格調節輸入電壓;且由於沒有閉合迴路,不容易滿足輸出電壓反饋調節需求,可能需要低壓差線性穩壓器(LDO)。 電源模組常搭配隔離式偏置轉換器 電壓模組具有數十年的發展歷史。這類解決方案非常普遍,與離散式電源相比可顯著提高整合度。電源模組種類繁多,可提供輸入電壓、輸出電壓、輸出功率、輸出數量、隔離等級和調節等選項。 一般電源模組內部運作的原理,其拓撲包括變壓驅動器,與離散式拓撲雷同;某些元件可能整合成一個輸出LDO作為調節。 電源模組為大部分的隔離式偏置轉換器應用提供多種選項,因為毋須規定、設計或選擇變壓器,可以大幅簡化設計過程,只需加入輸入和輸出去耦電容就可以開始設計。同樣地,也提供同步、輸出電壓選擇、賦能和錯誤訊號等其他選項。 在使用專門配置輸出數量和變壓器匝數比的模組時,可能會降低靈活性。與額定環境溫度為125℃的模組相比,55℃和85℃選項的模組更受青睞;同樣地,採用完全增強式隔離的模組數量也不及採用功能型或基本隔離的模組。 未來偏置解決方案趨向整合 變壓器設計的創新和更高頻率的拓撲可使IC設計者將變壓器和矽整合到一個IC中,而終端用戶不需再設計變壓器或降低系統性能,便能獲得小型輕量級的隔離式DC/DC偏置電源。圖5所示為德州儀器偏置電源UCC12050的原理圖,儘管看起來與具有整合功率級和整流器的電源模組類似,但研究其運作後發現,其開關頻率比電源模組高很多。 圖5 UCC12050隔離式DC/DC偏置電源 相較開關頻率較低的其他電源,該電源的高度和重量都顯著降低;若使用內部拓撲控制方案,毋需LDO或外部回饋元件即可實現閉合迴路運作,因此可為各種隔離式DC/DC偏置電源應用帶來許多優勢。其設計使用EMI最佳化變壓器,初級側至次級側之間的電容僅為3.5pF,採用雜訊控制方案。毋需鐵氧體磁珠或LDO,雙層PCB解決方案本身即符合CISPR32B類標準。該裝置性能強勁,增強型隔離額定值為5kVrms,額定工作電壓為1.2kVrms,可在125℃環境溫度下運作。該裝置系列還包括UCC12040,其基本隔離額定值為3kVrms,額定工作電壓為800Vrms。 表2則對上述各種拓撲進行比較,可藉此看出,具有外部變壓器的拓撲能帶來較大的靈活性,而電源模組和UCC12050簡便易用。 現今已有許多隔離式電源可以選擇,但仍須瞭解輸出數量、調節需求、輸出功率、隔離等級、工作溫度和輸入電壓範圍等系統級規格。 (本文作者為德州儀器業務主管)
0

iBeam技術大躍進 Micro LED顯示器有望2022量產

三星投資的新創Micro LED顯示器技術商iBeam Materials(iBeam)日前宣布,已成功展示一項可直接在纖薄、柔性且可彎曲的金屬基板上製造高效氮化鎵(GaN)場效電晶體(FET)的技術。將這項技術與該公司先前發表的MicroLED搭配使用,製造商可以在省去巨量轉移製程,直接將MicroLED與場效電晶體以並排的方式整合在一起。該公司預估,這項直接在金屬基板上製造GaNFET的技術,可望在2022年進入大規模量產。 iBeam透過GaN元件為產品帶來新面貌。 MicroLED顯示器技術可突破傳統顯示器的外觀尺寸限制,為手機、可穿戴式裝置、照明及儀器等產品外觀帶來轉變的可能。新技術製造的大面積MicroLED顯示器具有韌性但外形纖薄,且其可彎曲、凹折及適應各種形狀的特性,能與傳統的顯示器產生明顯的市場區隔。此外,相較傳統LCD和OLED顯示器,該Micro LED顯示器具較高亮度及效率。 Micro LED顯示器能否普及的關鍵取決於量產技術的成熟度,及應用設計是否有足夠的實用性,本次iBeam技術的突破,克服了量產技術方面的瓶頸。而該公司早期技術發展亦著重於柔性基板,如其專利製程可使製造商直接在薄、柔性大面積金屬基板上生產產品。透過直接於金屬基板上生產Micro LED顯示器面板,可以捲對捲(Roll-to-Roll)製程大量生產,而該公司精進製程的同時,亦能使生產資金與營運成本較傳統顯示器來得低。
0

東芝供貨三相無刷馬達控制預驅動器IC

東芝(Toshiba)推出一款無需霍爾(Hall)感測器的三相無刷馬達控制預驅動器積體電路(IC)—TC78B009FTG,其適用於包含伺服器、鼓風機、無線吸塵器和機器人吸塵器中使用的高速風扇應用。即日起量產出貨。 近年來,伺服器容量和效能日益提高,需要更大型、更高速的風扇來排散設備產生的多餘熱量。鼓風機、吸塵器和泵浦同樣也在與需要功率容量的高速葉輪配合使用。因此,風扇驅動器IC需要能夠驅動外部場效應電晶體(FET)以提供更多功率。 新型TC78B009FTG搭載無感測器控制功能可驅動外部FET。可控制FET的閘極驅動電流,且適合與各種FET配合使用。此外,在動態功率波動和負載變化的情況下,閉環速度控制可調節並保持馬達轉速。速度設定檔的精確設定由內建的非揮發性記憶體(NVM)完成,無需外部微控制器(MCU)即可進行閉環速度控制。 產品主要特性包括無感測器驅動,透過感應電壓檢測旋轉位置,無需Hall sensor即可控制馬達旋轉。高速旋轉透過150度矩形波驅動器實現,減少霍爾感測器的安裝面積和成本及縮縮小馬達尺寸;干擾下轉速穩定,閉環速度控制功能可調節由電源電壓和負載變化引起的馬達轉速波動。不需外部MCU的原因在於這款IC配備有用於速度設定檔設定的內部NVM。此外,憑藉合適的外部FET可用於各種電源應用。由於FET閘極電流由內部NVM控制,因此可以使用各種FET。
0

Maxim新品提供寬電壓範圍/小封裝尺寸

Maxim日前宣布面向工廠自動化、醫療、通訊和消費市場推出四款微系統級IC(uSLIC)模組,協助工程師實現更優設計。MAXM17552、MAXM15064、MAXM17900和MAXM17903降壓型DC-DC電源模組是Maxim喜馬拉雅電源配置專利技術組合的最新成員,以最小的方案尺寸提供最寬的輸入電壓範圍(4至60V)。 目前,小型化仍然是各種系統設計的發展趨勢,其中許多設計還要求較寬的輸入電壓範圍。例如,由於傳輸線路很長,工廠自動化設備中的電源電壓容易受其影響而產生較大波動。USB-C和12V標稱應用要求高達24V的工作電壓保護,防止電源或電池熱插拔引起的瞬變。最新的喜馬拉雅uSLIC電源模組將該產品系列的電壓範圍擴展到高達60V,而此前的最大值為42V,且方案尺寸(2.6mm×3.0mm×1.5mm)相比最接近的競爭產品減小一半以上。 該模組採用同步整流、寬壓輸入的喜馬拉雅buck調節器,內置FET、補償等其他功能,並且整合了遮罩電感。模組中的整合電感可簡化電源設計最困難的環節,使缺乏電源設計經驗的設計者也能夠在一天之內搭建穩定、可靠的供電電路。  
0
- Advertisement -
- Advertisement -

最新文章

- Advertisement -

熱門文章

- Advertisement -

編輯推薦

- Advertisement -