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意法推高整合度無線充電IC 提升輸電充電效能

在對大功率和高效能需求日益成長的5G通訊時代,橫跨多重電子應用領域、全球領先的半導體供應商意法半導體(ST)推出STWLC68系列產品,為市場帶來擁有較高傳輸效能而且安全可靠的無線充電解決方案。 意法半導體最新的無線充電產品為高功率接收器,同時又可用作電能發射器,提供高速能量傳輸和電源共用功能,並具有異物偵測(Foreign Object Detection, FOD)和意法半導體其他重要安全的IP技術。 意法半導體專有的高壓技術,加上混合訊號設計和完善的品質保證,讓客戶能夠研發出先進的無線充電產品。 STWLC68系列產品整合度很高,需要的外部元件(Bill of Material, BoM)很少,應用範圍廣泛,不僅適用於小型穿戴式裝置,也適用於智慧型手機、平板電腦等較大的產品。STWLC68符合WPC Qi 1.2.4無線充電標準,完全相容市面上所有Qi認證裝置。 STWLC68整合低阻抗、高壓同步整流器和低壓降線性穩壓器的完整功能,帶來了高效能和低耗散功率,這對於對多餘熱量聚集高度敏感的應用至關重要。 晶片可透過I2C介面自訂韌體和平台參數,還可將參數設定保存到內部OTP記憶體。韌體附加程式可提升IC的應用彈性。 為了滿足更廣泛的應用需求,STWLC68系列適用於20W至5W,以及5W以下的解決方案,如STWLC68JRH是為滿足低功率應用專門設計。
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三合一電源架構實現高效充電 太陽能電動車前景可期

在印度標準局(BIS)、印度汽車研究協會(ARAI)、能源效率服務有限公司(EESL)等組織的協助下;印度政府已公布充電站的技術規格,此外AC-001、DC-001等原始標準也已經完成開發,並在特定地點部署充電站;除了低功耗AC和DC-001之外,最新規範也要求充電站必須配備多種規格的充電器,也就是AC Type 2、CCS和CHADEMO。不過這些系統完全仰賴電網供電,會因主要都會和半都會地區建物的供給而受限,而且電網是否準備充分足以應付這些額外負擔,也都還是問題。 而這就是太陽能與儲存裝置可以切入的領域,不但可補足電網不足,還能在全國各處可行地點獨立作業。所幸印度已成功部署太陽能,且因地理條件,太陽能資源十分充足。一次性的安裝與資本支出可順利運轉至少20到25年,投入的資金只需短短幾年即可回收,之後的能源輸入便都形同免費。 接下來將介紹一套可行的實作方法,來運用、儲存太陽能並將其應用於電動車的充電;本文還會略為提到能源的運用和儲存方法、分散式電池管理、能源轉換與連結,都是模組化、可擴充之太陽能驅動電動車充電站的基本要素。 圖1為常見由太陽能驅動之電動車充電站實作的配置圖,主要元素均可一目了然。 圖1 太陽能電動車充電站的功能方塊 至於使用者的部分,基本上為終端使用者會用到的功能。資訊的交換和使用者互動都是在這裡進行,通常包含一個具備觸控感測功能的TFT螢幕、供驗證或支付用的NFC讀卡機,有時或許還有藍牙介面以提供更先進的功能;車輛可實體連接任何一種輸出埠─供小型車和電動三輪車使用的AC慢充、特定等級車輛的AC快充,以及DC快充。使用者必須驗證自己的身分、設定偏好的充電方式,並且等到充電完畢。不過越深入其後的功能越複雜,因為都由中央控制器所控制和監控,所以會牽涉到許多不同的模組。 三供電來源共構能源管理系統 這套系統有三種供電來源。首先最重要的就是太陽能板,規模分析並不在本文討論範疇內,但一般來說每小時最少要有數千瓦(Kilowatt)。太陽能板的額定輻照度通常在每平方公尺150W。太陽能板饋給的對象為最大功率點追蹤(MPPT)模組,這是一種直流對直流(DC-DC)的功率轉換器,內部可執行最大功率點追蹤運算法。一般來說這些裝置效率都非常高,電效率超過98%,其通常是多相的交錯式降壓或降升壓轉換器,輸入和輸出端都只要幾百瓦就能運轉。裝置可以隔離也可以不要,但因為法規或安全因素,大部分系統都會進行電氣隔離。它的輸出對象則是一個通用的直流匯流排,可從這裡將下游能源提供給負載,而系統可採類比、完全數位化,或混合類比與數位控制。 第二種來源是電網,其並非必要供電來源,因為目的是使太陽能的利用最大化。不過在供電斷斷續續,或日照不足以提供全年或特定季節運轉的地區,電網就有助於滿足需求,因為系統基本上是一種太陽能儲存裝置,因此也可以利用系統本身在尖峰時刻補足電網之不足,或利用雙向的併網逆變器,擔任太陽能發電場的角色。若有適當政策將太陽能發電場或自用電廠所產生的電力輸出給電網,並採用淨計量電價的模式,就同時可以達到兩用效果。 第三種來源,同時也是接收/儲存點,則是電池。最近的趨勢是利用電池續航力高的鋰電池來快速充電,放電深度與容積效率都非常高,也可以將電池放在地底下以節省建物空間。這些鋰電池組件會以適當的串並聯組合放置,並分為好幾個組列。 電池的末端有一個接線盒,以及同時扮演監督者角色的終止裝置。每個電池都有一個資料埠,通常為CAN或RS485,都以菊環鏈模式輸出到終止裝置,終止裝置就能從最頂層了解每一個電池、組列或整個蓄電池組的健康狀態─這基本上是一種資料集中器和交換裝置,讓電池組件連接或中斷電路。此外,其還能和中央控制進行通訊,決定電池要充電還是放電。 圖2很清楚描繪出電源系統的架構,這是一種模組化的系統,可擴充到適當規模,模組通常都可擴充,每個3~5kW且搭配通訊匯排流,多半是CAN或MODBUS/RS485。中央控制器隨時都可以根據功能需求來配置模組—無論是充電管理、負載管理或診斷檢查。中央控制器內部經過布建可偵測能源使用狀況,基本上就是每小時消耗、儲存和產生/輸出多少kW的電力;同時還能與工業標準的電度表通訊,達到計費、費率設定等目的。 圖2 後段的能源系統架構 SiC提升電源轉換功率密度/效率 DC-DC轉換器模組接收DC匯流排的輸出。依照連結的車輛種類,還有與車輛電池管理系統規定電壓和電流相關需求,中央控制器會將DC-DC轉換器配置到通訊匯流排,這種選項通常用在DC快速充電,還可同時搭配多個DC-DC轉換器模組以達到負載。 DC-AC逆變器也是接收DC匯流排的輸出,但專門用於只能接受AC充電或一般慢充應用的車輛。這種雙向的逆變器可達到兩種功用:一是對DC匯流排輸出以滿足需求,二則是當充電站處於空轉狀態,抑或尖峰時段必須利用充電站來補強電網不足,便可反向對電網輸出電力。目前任何一種電源轉換模組的關鍵效率指數包括下列兩項指標: .高效率 端對端>95%,為現今已經可以實現的數字。 .高功率密度 有助於縮小系統體積,因為建物空間是主要部署成本之一。 以上兩點都可以藉由先進的晶片技術達成。寬能隙(Wide Band Gap)半導體,尤其是碳化矽(SiC)元件,能在高切換頻率、更高的接面溫度下運作,而且效率更高。除此之外,還可自動縮小磁性元件和電容器等被動元件的尺寸。因為有更好的磁性元件材料,在設計上得以縮小體積並降低耗損,因此可以處理更高的功率。 中央控制器四功能確保穩定充電 中央控制器為充電站的大腦,功能包含最基本的使用者/訂戶的辨識及互動,甚至是確保車輛以最適方式充電,結合高效能運算、聯網與感測功能,功能強大。主要功能如下: .使用者身份與支付 就使用者而言這是最常見的功能,透過智慧卡、一次性密碼(OTP)、支援NFC功能之手機,甚至藍牙執行。所有次要系統都由面板的微處理器/微控制器(MPU/MCU)控制。 .電源管理 這是充電站最重要但也最不顯眼的部分。系統控制器會持續監測電源情境:也就是供與需,接著決定如何從供應端滿足需求。無論光靠太陽能是否足以供應負載,或必須結合太陽能和儲存的電力,又或是同時需要從電網提供部分輸入。有些情境下可能會出現供給過剩或需求過高的狀況,其有足夠的智慧功能,可透過更改上述各種電源模組的設定,根據實際狀況傳送電力。 .聯網功能 最新的充電站和相關部署,都必須連上雲端以進行遠端監測及控制;且必須定期與中央管理系統(CMS)對話、回報轉移狀況、參數、診斷結果和運轉數據;同時需要接收來自中央管理系統的運轉指令及設定。因此目前已有多種聯網選項,包括有線及無線。3G/4G、Wi-Fi、乙太網路,甚至是LoRa,都已經用來進行遠端監測。 .保護、診斷和回報錯誤 為了防止故障,系統具有動作迅速的保護機制,會因為大浪或雷擊等外部事件、運轉方面的問題、意外或刻意的誤用/濫用,或者是短路、超溫或過電壓/過電流狀況而驅動。為持續降低運轉成本並將故障時間減至最低,系統會自動回報可能經常發生的問題。模組化的建構方式讓系統可以準確指出現場有哪個故障部分必須更換,這樣技術人員就能在抵達現場前做好準備。 以上簡單介紹太陽能電動車充電系統部署方式。讀者可以到位於印度諾伊達(Noida)的意法半導體印度開發中心,體驗可行的解決方案和各種子模組,也可以根據OEM代工業者的個別需求提供客製化的設計。電子行動和電動車的充電基礎架構是關鍵的焦點領域之一,相關研究也正如火如荼進行,希望解決上述所有功能模組的高效率問題。目前已有端對端晶片可讓電動車充電站得以成真,還有許多設計參考架構加速產品上市時間。 (本文作者任職於意法半導體)
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力旺搶攻OLED市場 矽智財導入聯電28奈米HV製程

聯華電子日前表示,力旺電子一次可編程(OTP)記憶體矽智財NeoFuse已成功導入聯電28奈米高壓(HV)製程,強攻有機發光二極體(OLED)市場,關鍵客戶已經完成設計定案(Tape Out)並準備量產。 力旺業務發展中心副總何明洲表示,繼之前與聯電合作的各高壓製程平台布建力旺的各式解決方案,很開心可與聯電進一步在28奈米高壓製程合作,因應OLED市場需求。 高階手機配備OLED顯示器已然成為趨勢,對小尺寸顯示器驅動晶片(SDDI)效能要求亦更高,這樣的需求也顯示在製程平台的選擇上,OLED關鍵客戶逐漸從55奈米或40奈米往更先進的28奈米高壓製程靠攏。 28奈米高壓製程可使高效能顯示器引擎的複雜運算能力發揮最大功能,提供OLED顯示器驅動晶片更快的資料存取速度,更高容量的靜態隨機存取記憶體(SRAM)及更好的功耗,同時達到高畫質與省電的的目的。 聯電在2019年的小尺寸顯示器驅動晶片(SDDI)量產晶圓出貨量為全球之冠,其28奈米後閘式(Gate-Last)HKMG製程具備優越管理漏電功耗與動態功率表現,可以提升行動裝置的電池壽命,以此為基礎,其28奈米高壓製程提供尺寸小的靜態隨機存取記憶體(SRAM)記憶單位(Bit-cell)以減少晶片整體面積。
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意法推出可程式設計電源管理晶片

意法半導體(ST)新款L5965七路輸出汽車電源管理晶片(Power-Management IC, PMIC)支援以電池直接供電,輸出電壓和上電時序可透過暫存器設定,晶片上整合了功能安全機制,讓汽用視覺系統和其他車載應用的電控元件尺寸變得更小,而且可靠性更高。 配備七路穩壓輸出,只要一個L5965晶片即可驅動在鏡頭或雷達之駕駛輔助系統上的全部功能,包括感測器、記憶體、處理器和CAN介面電路。輸出電壓和上電時序設定資料存放在一次性可程式設計(One-Time Programmable, OTP)記憶體內,讓設計人員能夠根據各種先進駕駛輔助系統,以及其他車載應用的需求靈活地配置電源管理晶片。 L5965可以直接透過汽車電池運作,無需前端連接預穩壓模組;暫存器設定輸出電壓功能取代了外部電壓設定電阻;執行晶片上穩壓器亦不再需要外部補償電路。減少外部元件的優勢不局限於降低封裝面積和物料清單成本,還能消除外部元件因環境影響而產生的變數,進而提升系統的可靠性和準確度。 整合的功能安全技術符合ISO 26262標準,確保系統滿足ASIL-D之汽車安全完整性等級(Automotive Safety Integrity Level, ASIL)的要求。安全機制包括故障狀態腳位、電壓監測器、接地檢測比較器、類比和數位電路內部自檢(Built In Self-Test, BIST)功能以及溫度監測器。意法半導體正在擴大L5965的產能,目前樣片採用7mm×7mm 微型QFN48封裝,且無需散熱器。
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