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大到汽车、高铁、飞机，小到各种可穿戴产品，电源无处不在。电源是电子电路的基础，在通信、汽车、消费类电子产品中，电源也是必不可缺的一个重要组成部分。ADI 公司在模拟领域深耕多年，去年与 LINEAR 公司合并以后推出了“POWER BY LINEAR”电源子品牌，在电源细分领域更是强上加强。
两家公司合并以后，ADI 的电源产品多达上万种，这对于电源产品设计工程师来说，器件选择也是一个巨大的工程，如何精准地找到合适的电源芯片成为他们的最大困惑。最近，ADI 公司电源产品中国区市场总监梁再信先生分析了 POWER BY LINEAR 子品牌在 ADI 未来发展的方向，并且针对工业、通信和汽车领域推荐了优秀的产品系列供工程师参考。
梁再信介绍，“两个公司在工业、通信和汽车领域高度一致，因为这三个领域的要求和半导体公司的要求十分一致，需要实现高可靠性、高性能和高稳定性。两个公司的合并是基于两个公司在工业和汽车领域的专注，从电源方面来看，因为 LINEAR 的加入，增强了 ADI 在电源领域的实力和产品线，我们的产品可以支持工业，通信和汽车等热点市场。”
加速工业 4.0 向前迈进
ADI 公司大约 40%的电源营收来自工业领域。从工业 4.0 的本质和基础来看，用户考虑更多的是如何提供实时控制、软件可配制的 I/O，以及这些设备如何确保可靠性、安全性和健康性？
ADI 对工业有自己独特的理解。上图比较形象地展现了 ADI 在工业 4.0 涉足的几个方面：灵活度、效率、通信、安全性、可靠性等，工业 4.0 涉及到的范围和产品应用是多方面的，所有工业产品的应用都离不开供电电源。ADI 有一系列的产品，比如：典型的马达的控制系统，设计难点在于电压比较低，马达这边的电压是 220V、380V 的高电压，在汽车上可能达到 400V、500V。因此该系统看中安全，系统的几个关键点：第一，在高压侧和低压侧需要一个隔离电源，隔离高压和低压之间的互联，确保系统的安全性。同时整个系统的 EMI、噪声，对系统的稳定性有影响，还会涉及系统功耗问题。在输入端以前会用二极管，但是对于高电流应用，普通的二极管存在很多弊端，因此 ADI 推出了理想二极管。梁再信解释，“我们在整个系统的安全性和效率上做了优化：第一，用电路的方式去解决现有的二极管缺点，我们的器件通过一个控制器控制一个 MOS 管，实现二极管的功能，这个二极管可以是单个、双个桥式的。”
这个二极管最大的好处是什么？当一个二极管工作时，压降在 0.3v-0.7v，0.5v 的压差有 5W 的功耗在二极管上，散热存在巨大挑战。另外，因为二极管有压差，所以输出电源要低，目前在很多系统上效率非常低，理想二极管是通过对 MOS 管电路的控制，实现非常低的压差，因为 MOS 管的导通电阻非常低，能够大幅度的降低功率损失。这样优化一是可以减少功率的损耗，二是可以极大缩减系统的压差，功率损耗变低，功率器件不再需要散热，系统可靠性增强，效率提高。
在工业领域，EMI 也是绕不开的问题。在大型工厂中 EMI 会导致系统死机，给工厂带来巨大的损失，ADI 的开关电源从工程物理的角度做了突破和创新。电源的 EMI 最难抑制，可能会产生电磁辐射，因此 ADI 考虑从工程物理的角度解决该问题，在芯片设计上做了两个反向的电优化，从物理学的定义来讲，两个反向回路最大的好处是产生的磁力线是闭合的，对外界 EMI 的干扰就会小很多，比如过去的电源、芯片内核。从微观来讲，一个机件的绑定也会产生磁场，如果在新的芯片里面修改和改进功率，就不再用金线去绑定内核，而是用导装的方式缩减电流板，能够让 EMI 降到最低。通过一系列工艺的优化，系统基本上不需要做太多优化，就可以满足 CISPR25 EMI 标准。在中国市场，机器人、工业控制、汽车领域的大部分客户对这个技术都非常感兴趣，因为在过去基本所有工业客户或者汽车客户，解决 EMI 的认证问题就需要花费半年。Silent Switcher 技术的出现可以帮助客户节省大半年的时间。
LT8610 不带 Silent Switcher 技术，频率非常高。LT8614 已经把振铃缩减得非常小。基于这两个方面的优化，加上封装工艺的优化，可以让这个系列的产品 EMI 做得非常低，让用户免去 EMI 的整改。优势就是，过去开关电源的纹波存在很大的挑战，20 年以前的产品，纹波基本上都是 50-60mv，现在整个市场上的开关电源，纹波还是要做到 20、30mv。但是 Silent Switcher 在 2A 或者 2MHz 时，纹波只有 5mv 左右。不仅缩减了 EMI 的问题，还解决了噪声问题，提高了系统的可靠性和稳定性。
上图是 LT8609 的性能对比，深蓝色部分是四层板，EMI 稍微低一点，桔红色部分用得最普通的两层 PEAK。如果打开扩频技术，会发现 EMI 的波形会进一步的优化。这个是 ADI 在全球电源技术里面的一大创新，这是一个技术平台，未来 POWER BY LINEAR 的电源芯片都会尽可能的往这个技术平台上迁移。
在工业领域的创新，工业现场会有高压和低压，混合系统在同一个板级，如何隔离高压和低压？传统的隔离电路已经用了几十年，但是电源越复杂，可靠性越无法保证，光维会衰减，性能会衰退。ADI 通过技术手段去掉了多反馈机制且保证输出稳定性。组件包括：一个隔离电压控制器，一个控制器，一个变压器，没有了反馈和光耦，输出端包括一个二极管和一个滤波电容。输出的调整率从 0 毫安到 400 毫安，输出精度 0.5%，效率达到 90%以上，这在隔离电源的领域是一个突破和挑战。电路从五六十个隔离电源，简化为一个只需要 10 个隔离电源的电路。
工业领域需要覆盖的电源需要几十伏，某些特殊场合，比如仓储机器、船的电压波动非常大。ADI 有 LT8315，电压范围从 20v 到 540v，可以覆盖所有在工业应用场景。
现在工业设计的密度和板卡的复杂程度越来越高，而且在工业设计里面，人机界面、控制、回路、软件的可靠性、系统的稳定性，工程师耗时越来越多，如何降低客户在工业领域和板卡设计时的难度，加快产品设计的迭代速度？如何帮助客户缩减电源电路板的尺寸和电路设计的复杂程度？ADI 在 10 年前出了电源模块比较划时代的产品，把过去非常复杂的电源系统集成在一个模块里，客户不需要关注电源的噪声、纹波，只需像 LDO 那样简单使用，效率也很高。
LTM4668 的高度集成是一个卖点，面积是 6.25mmX6.25mm，厚度只有 2.1mm。电压在电流反馈的模式，对整个环路做控制，把不同的输出并联在一起，可以得到不同电流的组合。优势是：第一，工业客户和板卡设计不需要准备很多的器件，可以节省物料、器件，保证生产可靠性；对工程师来说灵活性很高。
梁再信表示，“我们有很好的隔离电源的技术和集成电路分装的工艺，把电源分装成很小的模块，基于这两种技术的组合，我们做了一系列叫隔离的电源模块，系统性能很好，如果把一个隔离电源和一个模块集成在一起，这也是另外一种尝试。所以我们的产品集合了电源模块的分装工艺，整合比较领先的隔离电源的技术，做了非常小的分装隔离电源模块、变压器、MOS 管、芯片。在工业领域，这些产品的出现能够极大地帮助客户实现灵活的设计系统，在系统的安全性和可靠性上得到进一步提升，除了产品性能的提升，还有产品的高度集成化也提升了系统的综合可靠性和稳定性，让工业产品更稳定。”
汽车领域：让自动驾驶更安全
在汽车领域，无人驾驶、驾驶辅助系统都与安全息息相关，激光雷达、普通雷达和测量测控单元是未来自动驾驶的核心。这就要求雷达和激光雷达精度、稳定性更高，性能更优。ADI 的 LT3042、LT3045 是噪声最低，噪声雷达只有 0.8wV。
上图表示电源的噪声，对一个标准的锂电池，500mA 时，噪声大概是 2.7wV，比 mV 小 1000 倍。干电池的噪声比锂电池的噪声要高，因为内阻不一样。关于基准，精度和稳定性很重要，噪声比电池要高一点，大概 12wV。ADI 针对雷达和激光雷达的应用，LDO 噪声只有 0.8wV。
在汽车的总线里面，车的走线、连接器、布线需要多个电缆，基本有两种类型：一种用于供电，一种用于通信。 ADI 发起了一个新标准 PoDL（Power Over Date Line），未来以太网用于在汽车网络连接，可以节省很多电缆施工和重量，提高系统可靠性，降低施工难度。梁再信表示，“PoDL 的意义是通过车身的总线传递所需能源，我们一直在推动节省电缆的数量，相信未来车身的以太网，PoDL 有可能变成一个标准，我们认为这是新的机会和转折，因为这有别于传统汽车的概念。”
电动汽车最重要的是 BMS，对汽车的电子单元进行监控，汽车的电池是否均衡？是否要做主动均衡？LTC3300 和 LT8584 可以对汽车的点做均衡，让电动汽车驾驶更安全。另外一个热点是 12V/48v 汽车供电系统，音箱系统功率高达 1500W，加上其它移动设备，功率也越来越大，于是有人提出从 12V 升到 48V，使电流降低到原来的 25%，在提升功率的同时，还可以把安全性做得更好。ADI 的 LT3305 专门针对 48V 做均衡，因为标准的汽车电源是 12V，48V 就是把 4 个 12V 串起来。
ADI 在探索传统汽车从 12V 到 48V 混合，汽车如何处理 48V 和 12V 系统？ADI 把一个 48V 的电池组和 12V 的电池组连接起来，可以双向供电。48V 发电，可以降压给 12V 电源充电，保证整个轿车任何一个电瓶出现问题时都可以得到解决。
随着汽车工业发展，用电设备越来越多，系统功耗越来越大，ADI 的理想二极管桥阵列把理想二极管技术从单个扩展到四路，可以确保功率很低，不需要散热片，具有高可靠性和高效率。现在汽车里面散热面临巨大挑战，因为功率降低了，温度也随之降低，重量也在降低，因此不需要加散热片了。这个器件在国内已经在于大型汽车发电机厂商配合，将来理想二极管会出现在那里。
从系统的安全性和可靠性来看，随着汽车的电瓶和整个系统越来越复杂，系统难免在启动时出现瞬间高压，这种高压对系统威胁很大。过去的汽车电子大部分是在 12V 系统下工作，在恶劣的条件下，瞬间电压可能达到 70V，组件可能会被烧坏。过去是加 PVS 管，但是 3000W、6000W 的 PVS 管体积比较大，难以固定，稳定性和可靠性如何实现？PVS 管是消耗自身来保持电压，如果器件坏了怎么办？ADI 的做法是在设定标准的范围内，把瞬间脉冲的干扰电源的尖峰全部消掉。所以当电压超过设定值时，整个系统可以把所有高压的部分全部消掉，留给后面的就是可控的电源工艺，这样车身系统就能避免因为意外的干扰损坏汽车上的组件，汽车系统更加安全。
除了反馈控制、消除尖峰，新能源汽车的出现还需要扩大电压覆盖范围，ADI 最大可以满足 600V 电压，还可以接受负压，用户接反了不会烧毁系统，从而确保系统的安全。
通信领域：降低基准电压，提高转换效率
5G 是当前的一个热门话题，因为国内重点区域已经开始进行部署，预计到 2020 年开始商用。从 GSM 到 2G、3G、4G、5G，每一次通信技术的迭代，都会用到 ADI 的射频器件和电源器件。固网的光模块、卫星、点对点通信，构成了 5G 通信的回路。5G 通信面临诸多挑战，首先需要极高的功率密度，如果三家运营商建三个塔非常浪费，如果放在一起需要实现基站系统的开发，而且要保证可靠性。另外，因为有 MOS 管和电感的存在，所以电源一定是有损耗的,效率一定不能做到 100%，30 年来，电源的效率在慢慢提高，但是到 94%几乎就很难前进了。电感的损耗可以降下来，但是 MOSFET 管的损耗会增加，很难超过 95%的转换效率。ADI 在进行新的尝试，比如在区块链领域是靠机器的运算消耗电能，然后转换成业界认为有价值的货币。ADI 与矿机厂合作时，他们提出了非常严苛的要求，第一个需求是能不能把矿机电源的效率尽可能提高，从 94%提高到 97.5%、97.6%？ADI 可以配合做到这个程度。另外，矿机为了提高效率，具有更大的挖矿能力，希望单颗芯片的工作电压越做越低，从过去 0.8V 降到 0.7V、0.6V，甚至 0.5V 的内核电压。在电源领域有基准的存在，传统电源很难做到 0.7V 以下的基准电压，这就意味着输出电压不会超过基准电压。如何实现 0.7V 以下的输出？ADI 通过自己的技术特长可以做到 0.42V、0.45V 的输出电压，从而可以匹配它们芯片。
在通信领域最大的挑战就是如何提高转换效率？当开关频率不高时，电感就大，损耗就比较大，ADI 研发了没有电感的开关电源 LT7820，用电容通过 4 个 MOS 管做电压变换，在 2.8X2.8CM 的面积上，可以输出 48V-24V，500W，在全范围内效率达到 99%。用电容替代电感的优点是效率非常高，效率可达到 99%，还转换到 12V，97%多的效率，传统电源很难做到。缺点是用电容来做能量的转换，输出电压不可调节，即输出电压是输入电压的二分之一。如果通信系统需要稳定电压怎么办？ADI 混合变换器 LT7821，具有 LT7820 没有电感的变换器的优点，把一个用电容做能量传输的电路和标准的降压电路整合起来，变成一个混合的电路，效率可以做到 97%。它的优点是电感只有标准电路电感的一半，因为需要解决的问题不是从 48V 向下转，而是从 24V 往下转，压差变小，电感体积变小，效率在 97%左右。
通信系统离不开高速基带数据处理，电源模块也可以应用在该领域，这样的系统对电源模块的要求更高，而 DSP 和 FPGA 内核的电压比较低，功率比较大，对输出电压的稳定性要求比较高。ADI 推出了一系列带 PSM 的电源模块，具有数字接口，当一个通信系统意外死机时，里面的黑匣子设备可以把死机前一瞬间的电源每一路的工作状态记录下来，电压、电流、温度等，方便通信系统在恢复时对系统做分析，甚至可以支持远程调试和远程监控。LT4677 可以支持双路，可以用于系统控制，读取其状态。LT4678 带数字的接口，可以进行监控和控制，双路 50A，单路 25A。不同状况下转换效率可以做到 94.5%左右。
理想二极管在通信里面难免要做热插拔，过去做插拔的时候，通信背板的 48V 系统会用两个电源做备份，避免掉链。两个电源的合路怎么解决？二极管在热插拔的时候，把理想二极管的器件整合在一起，LT4236 集合了理想二极管的优点，低压差，高效率，支撑热插拔，通信系统稳定性更好。
在通信系统里面，PSM 的功能过去不受重视，但是现在越来越受到重视。通信系统里面的电路非常多，通常一个大板卡里面可能有十几路的电源。当系统不稳定时，如何确定哪路出问题了？PSM 可以对每一路进行监控，进行判断。另外，因为通信板卡的工作环境、稳定性不同，通信系统面临的挑战不是一次性的，所以通信板卡在出厂时会做严酷的环境测试，其中一项就是把每一路电源的电压同时上调和下调 5%，或者是 10%，如果采用 ADI 的 PSM 芯片，在电脑上给一个指令，就可以把所有电源同时上调或下调，测试整个系统的稳定性。大型通信公司这种应用已经很普遍，可以极大的提升系统的稳定性。
前面讲到了 PoDL，还有 POE，全称是 Power over Ethernet，电源通过网线传输。POE 既可以传数据，也可以传电源，在通信领域的应用越来越广。at 和 af 是 13W 和 25.5W，LTPoE++可以提供 90V，通过网线里面的四对双角线，能够传输功率，这是非常完整的高功率的方案。梁再信列举了一个最成功的范例，“在通信基站布局当中，由于小基站在楼宇里面要增强手机信号的覆盖，一个大厦里面可能会有小基站，我们最成功的应用就是在小基站的应用，一根网线拉过去，整个基站的供电和通信问题全都解决。有人问 90W 是不是到头了？功能越来越多，90V 也未必够用，最新的 POE 方案可以达到 150W。而国际标准刚超越 25.5W，迈向 60、70W，ADI 已经出了 150 瓦的方案。这款产品的优势是对通信的应用和布局，可以提供高达 150W 的功率，容量越大，需要的功率越大，150W 可以提供非常完美的解决方案，这也是 ADI 在通信上强有力的技术平台。”
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