工业4.0、智能汽车和5G通信等市场正在逐渐爆发，并显现出越来越大的机遇前景。然而，这些领域也面临着许多挑战，电源设计方面主要面临尺寸、效率和EMI三大关键难题。而ADI的Power by Linear电源器件能够帮助客户解燃眉之急。

工业4.0要求严苛

工业4.0已经成为行业的大趋势，并有望在不久的将来会出现大幅增长。美国锡安市场研究公司（ZionMarketResearch）指出，2017年全球工业4.0市场价值约为6610亿美元，并预计到2024年将达到约1550.3亿美元，而在2018年至2024年间的复合年增长率将高于14.9％。

近日，ADI电源系统工程总监梁再信在接受《半导体器件应用》记者采访时表示，未来工业4.0的设备和装置的智能化会越来越高，因此，它对产品灵活度、效率、通信、安全性和可靠性等关键性能的要求也越来越高。因此，他认为工业4.0领域的电源设计，对产品的效率、尺寸和EMI三个方面的性能指标制定极为严苛。



工业4.0对中国非常重要，也是智能制造的重要组成部分，中国近年来的设备采购量也是领先全球的。预计2020年，我国国内智能制造市场规模将超过2200亿元。不过，梁再信认为，中国要提升战略布局，要提升工业制造能力，如果电源设计做得不好就是空话，“自动化工业机器人死机是很可怕的事”。

而ADI一直致力于研发更高效率、更低EMI、更小尺寸的电源产品，帮助客户向工业4.0过渡。 在本次采访中，梁再信介绍了ADI公司的静默开关电源、无光耦隔离电源和电源模块在工业中的应用。

首先，为解决开关电源EMI对其他设备的干扰问题，ADI推出了一种“静默开关电源”（Silent Switcher）。它们在芯片设计上做了两个反向的电磁优化，它们所产生的磁力线是闭合的，所以对外界EMI的干扰就会小很多，可以满足CISPR25的EMI标准。在机器人、工业控制乃至汽车领域，该技术都可以帮助客户节省数月的EMI认证时间。



据其介绍，Silent Switcher® 架构使用了 4 个内部输入电容器以及两个内部 BST 和单个 INTVCC 电容器，以最大限度减小热环路面积。这种改进的 EMI 性能对 PCB 布局不敏感，从而简化了设计，降低了风险，甚至在使用两层 PC 板时也不例外。

其次，在工业应用方面，ADI还推出了无光耦隔离电源。传统的光耦隔离电路比较复杂，而通过减少使用光耦隔离电路，系统的可靠性和稳定性可以大幅度提升。据介绍，这种电路的输出也可以做到0.5%的精度，效率可达到90%以上。



另外，工业应用中，越来越多的采用电源模块来缩减电源电路板尺寸、简化电路设计。为此，ADI的Power by Linear电源模块采用电流反馈模式，用户可以把不同的输出并联在一起以得到不同电流的组合，极大地方便了用户选择。

汽车安全性尤为重要

从汽车产业来看，2017年新能源汽车销量占比突破1%，这标志着新能源汽车产业将从探索期迈入发展导入期，在2020年以后，市场将迎来爆发式发展。与此同时，2020年～2025年是汽车产业转型升级的关键期，以智能网联汽车为代表的新型汽车将快速发展。

而中国在新能源汽车和智能汽车方面在全球拥有市场和先发优势。数据显示，2017年，中国新能源汽车产销分别完成79.4万辆和77.7万辆，同比分别增长53.8%和53.3%，产销量连续三年位居世界第一。

梁再信认为，最近几年自动驾驶技术的发展突飞猛进，由于它用到非常多的激光雷达、微波雷达、还有车身测量系统等，因此安全显得非常重要。

尤其是EMI方面。随着汽车中电子系统数量的成倍增加，车内产生电磁干扰的风险也大幅升高了。因此，新式车辆中的电子产品常常必须符合 CISPR 25 Class 5 EMI 测试标准，该标准对传导型和辐射型 EMI 发射做了严格的限制。由于其本身的性质，开关电源充斥着 EMI，并在整个汽车中“弥漫扩散”。如今，低 EMI 与小的解决方案尺寸、高效率、散热能力、坚固性和易用性一起，成为了对汽车电源的一项关键要求。

为此，ADI推出了超低噪声、超高电源纹波抑制 (PSRR) 低压差电压线性调节器 LT3042。该器件独特的设计具有仅为 2nV/√Hz (在 10kHz) 的超低点噪声和 0.8µVRMS 的积分输出噪声 (在 10Hz 至 100kHz 的宽带宽内)。LT3042 运用了 LTC 的专有 LDO 架构，即在一个高精度电流源基准之后布设一个高性能单位增益缓冲器，从而可产生几乎恒定的带宽、噪声、PSRR 和负载调节性能。此外，该架构还允许把多个 LT3042 并联起来使用，以进一步降低噪声、增加输出电流和在印刷电路板 (PCB) 上散播热量。

另外，Silent Switcher技术也可用于自动驾驶，它的EMI也非常低。

在未来汽车里面，以太网是一个热点。梁再信表示，通过类似ADI创新型方案A²B、C²B一样，PoDL可实现数据线供电，可以节省非常多的电缆施工和重量，提高可靠性，降低施工的难度，节省整车成本。为此，ADI推出了PSE和PD解决方案。



此外，传统的燃油车和纯电动汽车之间，还存在中间的形态混合动力汽车，大部分的混动汽车都会同时有48伏和12伏系统。如何解决大功率48伏系统和12伏系统之间的平衡和转换？

梁再信认为，48伏系统需要的瞬间功率高达十几千瓦，对业界而言，安全性和可靠性是很大的挑战。“Power by Linear针对48V/12V系统推出专门的应用方案：双向两相同步降压或升压型控制器LTC3871。”

据介绍，当起动汽车或需要额外功率时，LTC3871允许两个电池同时为同一个负载供能，最高可实现97%的效率。当48伏发电时，可以降压给12伏系统充电；如果有需要，12V还可给48V补电。除了LTC3871，ADI还有一系列产品可以支持这样48V/12V的转换。
对于传统汽车，ADI推出了理想二极管桥。梁再信表示，中国每年卖2000多万台汽车，意味着每年有2000多万个新增发动机，把发电变成直流电给蓄电池供电,过去会用到的传统二极管当整流桥，但传统二极管有压差，电流越大，压差越不好，这是很大的功率损耗。而ADI的理想二极管桥用MOS管代替二极管。由于MOS管阻抗比较低可以提高效率，产生比较少的功率损耗，所以桥堆不需要散热器，而且具有非常高的可靠性和效率。

5G通信面临尺寸、带宽等挑战

根据预计2020年5G正式商用算起，预计当年将带动约484亿元的直接产出，2025年、 2030 年将分别增长到3.3万亿元、6.3万亿元，10年间的年均复合增长率为29%，5G带动万亿经济产出。

梁再信认为，下一代的通信技术5G即将来临，2019年在将在中国正式商用。5G可以大大提升消费体验，但对华为、思科、爱立信、中兴等而言，5G通讯面临着非常大的挑战：设备越来越小，带宽越来越宽，功率越来越高。而且，在5G时代，中国将会有上百万个基站，如果把能源密度做高，省的电是非常可观的。与此同时，5G通信肯定需要很好的效率和很好的可靠性。

未来满足5G网络对电源系统的功率密度、效率和可靠性要求，Power by Linear提供一系列的产品来应对这些挑战。

梁再信认为，无线基站模块小型化和高集成度对于供电、散热、效率和可靠性性能要求很高。
而要实现高集成度的电源产品，电路板小尺寸、薄型化以及大电流化是关键方向。而ADI的LTM46xx电源模块，能够实现帮助将PCB尺寸缩小30-100倍，让产品设计工程师专注于做系统级设计。



此外，解决大电流的问题是电源设计的另外一个关键点，这方面不得不提ADI的LTM4700。以FPGA的0.8V内核电压、100A的输出电流为例，ADI电源模块在2010年需要12片LTM4601才能做到100A，经过3次迭代，到最新的LTM4700只要1片就能做到100A！据介绍，基于封装材料和COP封装工艺的迭代，LTM4700内置了散热器，将电感从模块中移至模块上帮助散热，电感可以非常有效的把热从空气中带走，其散热性能胜过离散的方案。



与无线不同，有线设备需要热插拔、高转换效率以及电源管理PSM的应用。此外，由于局端设备的温度非常高，效率优化十分重要。传统的电源，效率到93%、94%，就很难再提升了。ADI推出的LTC7820是一款固定比例高电压高功率开关电容器，它用CFLY（飞电容） 取代过去损耗比较大的电感，从48V到24V，其功率达到500W，效率为99%左右。

在采访的最后，他表示：“虽然LINEAR被收购变成ADI的一份子，但我们ADI的Logo上，电源产品上还有LINEAR的形象存在。Power by Linear会伴随着大家一起往前走。我们也希望为中国的电源产品、科技发展创新上提供更多的推动力。”

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