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待機電源

時間:2020-11-10|作者:Admin


高頻化
---高效、高頻、智能

在全球節能環保的大環境下,節能、高頻、高效、微型、智能是開關電源行業未來的發展趨勢。其中高頻化使開關電源小型化, 并使開關電源進入更廣泛的應用領域, 從毫瓦到兆瓦的電源產品,提高效率是永恒的主題。泰克從電源設計的各個階段入手,為您分享電池的壽命優化,功率器件的標定和選擇,電源原型板調試及電源標準的一致性測試的趨勢及方法。泰克為您提供了完整的電源解決方案助您應對現在及未來的挑戰!

節能 電池壽命優化

在深度休眠下,功耗降至納安和皮安范圍。
在談到電池供電效率方面,就會想起移動設備。我們預計,一臺電話的通話時間至少 8 小時,我們還預計此電話采用緊湊型的適合包裝。 2017 年 11 月的愛立信移動報告指出,目前,移動寬度用戶數超過 50 億。隨著智能手機將毫無疑問地繼續推動電源管理和電池技術,全新類型的聯網設備將測試電源管理的極限。預計,截至 2020 年,將有 240 億臺 IoT 設備通過無線技術聯網。

高頻化
新型功率器件的崛起
向寬禁帶半導體 SiC 和 GaN 的大過渡

功率電子學將在未來五年發生重大變化,寬禁帶半導體技術的用途也將增多。碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新半導體材料具有較好的導熱性、較高的開關速度且外形小于硅設備。

此種電源的基本構件的轉變將推動新設計的產生。預計,GaN 將改變不大于 100W 的電子電源的世界。GaN 技術也將動搖 RF 功率放大器的世界,因為許多屬性相同,此技術非常適合進行電源轉換。SiC 在電機、驅動器和逆變器等較大功率設計中找到用武之地。 泰克工程師 Tom Neville 說道:“今年,通過碳化硅,我們看到存在許多商用產品的巨大轉折點。我認為 GaN 有些落后。成本無疑是一方面,另一方面則是可靠性?!?

半導體行業正在努力開發和推進這些新型寬禁帶電源設備。半導體研發工程師正在努力驗證和檢定新器件。驅動器制造商正在研發新門電路驅動器來滿足更快開關速度、EMI 管理和更復雜拓撲網絡的要求。這些公司的制造工程師也正在應對晶片測試挑戰,即必須在比以往更快的電壓和電流范圍內全面測試小型設備。

在價值鏈的另一端,電源設計人員正在努力利用 GaN 和 SiC 設備的優點。(電源轉換設計)必須重新考慮應用于硅 MOSFET 的經驗法則。設計人員正在努力減少半橋開關的死區時間,以便盡量降低開關損耗。能夠在整個設計中準確查看和評估動態電壓和電流非常關鍵,但是,卻難以實現,因為存在共模電壓且上升時間較短。

新的探測技術的出現

新探測技術揭露設計中正在發生(以前隱藏)的事情的詳情。

泰克工程師 Seshank Malap 說道:“測試遠比過去重要。隨著功率密度和效率變得如此關鍵,人們使用可能最小的設備進行電源轉換應用來挑戰性能極限。正因如此,測試和測量變得極為關鍵。您的門電路剛好在您需要時啟動嗎?您了解通過您的設計獲得最佳性能的準確占空比嗎?電源設備散熱足夠嗎?”

Shah 補充道:“不止設備,還有整個定時電路。因為那時您必須同時協調和判斷許多信號以便查看它們是否合理以及它們有沒有在不該啟動設備時啟動設備?!?

Malap 稱, 以往的測試工具和技術不足以應對電源設計新趨勢。他解釋道:“在傳統電源轉換器設計和測試中,人們在各處看到許多信號測試結果并猜測其他人怎么做。再也不要這么做了。這個主意很差,真的很差,因為您可能導致您的設備炸毀?!?

高效,微型化
電源原型版設計及調試

開發周期變短

據數據統計一個電源產品的開發周期由5年前的12-24個月縮短到現在3-6個月的時間。

電源產品體積變小

此外市場要求電源產品體積越來越小,為實現設計的功能,要么引入更小的新器件或者更改新的拓撲結構。如何能在有限的體積排布各種器件并滿足功能和散熱的要求是考驗工程師非常重要的一點。

同等功率3年前和現在的電源體積比較圖(尺寸小了50%)
在設計過程中不僅要考慮實現功能,還需要考慮整體電源的質量及效率。其中有兩個重要的考量點,電源的整體效率和發熱問題是工程師最關心的問題,解決辦法需要從合適的器件的選擇及電源拓撲結構優化著手,所以需要準確定位電源板中主要的功率損耗點,從而通過更換能耗更低的器件或者更加合理的拓撲結構來實現。希望通過可量化的測試來驗證理論數據,使其有堅定的信心開始電源設計的下一個階段。

電源標準越來越嚴格

六級能耗的標準進化圖

電源行業標準

電源產品在投放市場前需要滿足電源行業的標準及規范,例如我們比較熟悉的能耗等級規范認證,節能認證規范,還有強制的CE 認證等等其他的標準認證。2016年對于能耗等級的規范,美國已經率先開始實施六級能耗,將效率要求提高到88%,待機功耗的要求從300毫瓦 提高到100 毫瓦,中國目前實施的是五級能耗標準,但是出口美國的產品需要必須滿足最新的六級能耗才能被允許。美國能源部最新的統計的數字;“發達國家的家庭待機能耗占家庭用電量的5%-10%”,所以相信會對該項目越來越嚴格,甚至已經出現了零功耗的產品,當然并不是待機功耗為0,而是待機功耗在 <10毫瓦。

Trend_Power_Battery-CECE 的標識認證
“連接市電的所有電氣設備和電子設備都必須滿足EN 61000-3-2標準。 這是歐洲‘EMC指令’的一部分,獲得CE標識必須滿足這一指令?!?——歐洲電源制造商協會
此外還有其他很多的電源行業的標準的要求:
  • 能源之星 / IEC 62301 / EN 50564
    - ( 家用電子設備和辦公設備耗電量測量方法- 待機功率)
  • IEC / EN 61000-3-2 ( 預一致性測試)
    - ( 連接市電、最大16A( 含) 的電氣設備和電子設備產生的電流諧波測量方法)
  • IEC 61000-4-7
    - ( 規定了在測試諧波和間諧波時測量設備必須怎樣運行。與IEC61000-3-2 一起使用)
  • SPECPower
    - ( 經過認證,可以用于一到四個插座的大容量服務器類計算機功耗測試,包括類似的刀片服務器配置。www.spec.org)
  • 其他的電源標準
    - CQC 3146-2014 (LED 模塊節能認證。要求300KHz 功率分析儀帶寬 - 中國)
    - IEC 62087:2011 (電視機、攝像設備、機頂盒、音頻設備和商用多功能設備的功耗)
    - CEC-400-2012-019-(家電效率法規)

EMC 測試要求

全世界都實施 EMI 法規,旨在為電氣和電子設備用戶提供更高的可靠性和安全性。如果您正在開發發射電磁干擾或受其影響的產品,則您需要認證自己的產品是否符合 EMI 標準。為了確保符合規定,許多公司歷來都采用專業測試設施或測試機構的服務來執行 EMC 預符合性和符合性測試。遺憾的是,使用第三方測試機構可能會導致項目中的產品開發成本和時間大幅增加。更多的公司希望使用預符合性測試來及早發現符合性問題,并提高首次通過全面 EMC 符合性測試的成功率,而無需進行額外重新設計。

國際標準機構國際電工委員會 (IEC) 下屬的技術組織 ComitéInternational Spécial des Perturbations Radioélectriques(CISPR) 規定了許多商業 EMI 測量要求。其他標準和認證機構,例如日本的 TELEC,也制定了關于測量方法和認證技術的要求。美國國防部制定了 MIL-STD 461G,其中包括針對軍用裝備的特殊要求。下表列出了一些適用于不同細分市場的標準。

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