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氮化镓(GaN)技术:实现更高效的智能电源管理

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-17   浏览次数:506
核心提示:  智能这一前缀长期以来频繁用在具有不同内涵的能源和电源管理中,如智能电网、智能变换器等。日益智能的发展趋势从无处不在的
   “智能” 这一前缀长期以来频繁用在具有不同内涵的能源和电源管理中,如智能电网、智能变换器等。日益“智能”的发展趋势从无处不在的替代能源中的半导体含量、下一代固态变压器电子产品、智能仪表等众多电源应用中也可窥见一斑。过去二十年中,智能电源一直在蓬勃发展。如今,电源芯片或模块的智能化程度更高,且能够做出更多的“感知、评估并采取行动”行为。

  现在,通过能量生成、转换、分配、储存和使用,半导体对于更高效的能源生态系统的作用日益突显。事实上,到2030年,预计美国80%的能量流将流经半导体设备。

  


 

  现代电源管理,提供最佳功率最近可能已经注意到,您的充电器不仅尺寸在不断变小,而且运行起来也更加智能,充电速度更快、更高效,而且不会缩短电池寿命,能提供满足系统要求的最佳功率,并且在不充电时,其会自行关闭。

  现代电源管理集成电路通信了解操作的负荷和模式,会动态调整其参数,以提供最佳性能,并部署前置信号处理算法。这一理念与可为隔离状态下的其余系统提供可靠电压和电流的传统电源模块迥然不同。

  显著的实例与影响,你知道多少?连接的电源:

  在现代系统中,如服务器或基站,许多电源集成电路和模块不仅相互通信,也与系统的其余部分通信,以向不同的子系统传送高效的功率。可靠功率转换的重要性包含实时遥测、控制、感应和功率循环,它们都需要通信。已部署电源管理总线(PMBus)等数字通信接口,以及诸如系统管理总线(SMBus)和I2C等其他协议,旨在让功率转换模块与整个智能系统控制接合。

  例如:以太网供电(PoE),USB Type C和无线电源Qi标准的电力传送协议使用通信来验证受电设备和断定输电量。电源系统管理器通常用来协调系统功率分配和监测,其与系统中的各种转换器进行通信。

  系统级功率优化:

  您知道吗?现代移动电话会根据离基站的距离来调整辐射功率,以延长电池使用时间,并减少干扰。事实上,许多系统都会根据传送介质极其迅速地调节它们的功率!通过调制功率放大器的电源可跟踪无线信号包络,从而提高射频功率放大器的效率。

  当今现代充电器可以监控电池存储的电荷、化学性质和温度并自动优化,旨在传送正确的电流和电压电平,实现快速高效充电。智能充电器会连续监测电池的电荷状态(SoC)和健康状态(SoH),并相应地调整充电电流和电压。

  服务器中的现代处理器可将有关其活动模式的预警发送到智能电源管理模块,从而有效地管理功率转换。此外,处理器可将其硬件特性反馈给电源模块,以便其通过自适应电压调节(AVS)确定适合处理器的电压电平。

  实时电源转换器调节:

  电源转换器的效率越来越高。电源转换器使用反馈回路来控制适当的功率输出。开关电源本身包括一个用来确定转换器的瞬态和稳态性能的闭环控制回路,而模拟控制环路已被普遍用于高效率的转换器。

  数字化和信号处理的费用现在看来完全合理,特别是在功率较高的应用中,其中的效率损失(由于额外的数字电路)可忽略不计。对于混合信号和数字控制来讲,这一程度的范围可以是比例 - 积分 – 微分(PID)控制回路的逻辑电路,也可以是用于具有更高功率和更复杂算法的更详细的基于处理器的控制回路。此外,电源转换器的参数即时调谐以优化不同负荷条件下的性能非常理想,可提高轻负载以及满载效率,改善动态响应,并提高易用性。

  许多关键的集成电路和架构创新促进了智能电源管理的发展,如高频软开关、多相转换器和采用信号处理算法的闭环控制。与此同时,半导体工艺技术为我们提供了先进的双极Cmos DMOS (BCD)过程,以将模拟、数字和电源设备整合到一个芯片上。更不必说氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)技术的发展也在改进功率晶体管的品质因数。

  由于管理电源成为能源生态系统的一大挑战,半导体产业将更多关注智能电源转换,并采取措施提高效率。颇具潜力的候选者当属氮化镓(GaN),相信,在未来,GaN技术会更加成熟与普遍,整个世界将会大不同,人们也将在无形、不易察觉的状况下,享受到更多益处!

 
 
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