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泰開Tek開關(guān)電源行業(yè)未來的發(fā)展趨勢
高頻化---、高頻、智能
在節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，節(jié)能、高頻、、微型、智能是開關(guān)電源行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。其中高頻化使開關(guān)電源小型化, 并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域, 從毫瓦到兆瓦的電源產(chǎn)品，提率是永恒的主題。泰克從電源設(shè)計(jì)的各個階段入手，為您分享電池的壽命優(yōu)化，功率器件的標(biāo)定和選擇，電源原型板調(diào)試及電源標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)對現(xiàn)在及未來的挑戰(zhàn)！
節(jié)能 電池壽命優(yōu)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(shè)備。我們預(yù)計(jì)，一臺電話的通話時間至少 8 小時，我們還預(yù)計(jì)此電話采用緊湊型的適合包裝。 2017 年 11 月的愛立信移動報(bào)告指出，目前，移動寬度用戶數(shù)超過 50 億。隨著智能手機(jī)將毫無疑問地繼續(xù)推動電源管理和電池技術(shù)，全新類型的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將測試電源管理的極限。預(yù)計(jì)，截至 2020 年，將有 240 億臺 IoT 設(shè)備通過無線技術(shù)聯(lián)網(wǎng)。
高頻化
新型功率器件的崛起
向?qū)捊麕О雽?dǎo)體 SiC 和 GaN 的大過渡
功率電子學(xué)將在未來五年發(fā)生重大變化，寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)的用途也將增多。碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新半導(dǎo)體材料具有較好的導(dǎo)熱性、較高的開關(guān)速度且外形小于硅設(shè)備。
此種電源的基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)變將推動新設(shè)計(jì)的產(chǎn)生。預(yù)計(jì)，GaN 將改變不大于 100W 的電子電源的世界。GaN 技術(shù)也將動搖 RF 功率放大器的世界，因?yàn)樵S多屬性相同，此技術(shù)非常適合進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換。SiC 在電機(jī)、驅(qū)動器和逆變器等較大功率設(shè)計(jì)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(chǎn)品的巨大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。我認(rèn)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(dǎo)體行業(yè)正在努力開發(fā)和推進(jìn)這些新型寬禁帶電源設(shè)備。半導(dǎo)體研發(fā)工程師正在努力驗(yàn)證和檢定新器件。驅(qū)動器制造商正在研發(fā)新門電路驅(qū)動器來滿足更快開關(guān)速度、EMI 管理和更復(fù)雜拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的要求。這些公司的制造工程師也正在應(yīng)對晶片測試挑戰(zhàn)，即必須在比以往更快的電壓和電流范圍內(nèi)全面測試小型設(shè)備。
在價值鏈的另一端，電源設(shè)計(jì)人員正在努力利用 GaN 和 SiC 設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。（電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)）必須重新考慮應(yīng)用于硅 MOSFET 的經(jīng)驗(yàn)法則。設(shè)計(jì)人員正在努力減少半橋開關(guān)的死區(qū)時間，以便盡量降低開關(guān)損耗。能夠在整個設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確查看和評估動態(tài)電壓和電流非常關(guān)鍵，但是，卻難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榇嬖诠材ｋ妷呵疑仙龝r間較短。
新的探測技術(shù)的出現(xiàn)
新探測技術(shù)揭露設(shè)計(jì)中正在發(fā)生（以前隱藏）的事情的詳情。
泰克工程師 Seshank Malap 說道：“測試遠(yuǎn)比過去重要。隨著功率密度和效率變得如此關(guān)鍵，人們使用可能小的設(shè)備進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用來挑戰(zhàn)性能極限。正因如此，測試和測量變得極為關(guān)鍵。您的門電路剛好在您需要時啟動嗎？您了解通過您的設(shè)計(jì)獲得z佳性能的準(zhǔn)確占空比嗎？電源設(shè)備散熱足夠嗎？”
Shah 補(bǔ)充道：“不止設(shè)備，還有整個定時電路。因?yàn)槟菚r您必須同時協(xié)調(diào)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(shè)備時啟動設(shè)備。”
Malap 稱， 以往的測試工具和技術(shù)不足以應(yīng)對電源設(shè)計(jì)新趨勢。他解釋道：“在傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)和測試中，人們在各處看到許多信號測試結(jié)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?yàn)槟赡軐?dǎo)致您的設(shè)備炸毀。”
，微型化
電源原型版設(shè)計(jì)及調(diào)試
開發(fā)周期變短
據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)一個電源產(chǎn)品的開發(fā)周期由5年前的12-24個月縮短到現(xiàn)在3-6個月的時間。
電源產(chǎn)品體積變小
此外市場要求電源產(chǎn)品體積越來越小，為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能，要么引入更小的新器件或者更改新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。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(yàn)工程師非常重要的一點(diǎn)。
同等功率3年前和現(xiàn)在的電源體積比較圖（尺寸小了50%）
在設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮實(shí)現(xiàn)功能，還需要考慮整體電源的質(zhì)量及效率。其中有兩個重要的考量點(diǎn)，電源的整體效率和發(fā)熱問題是工程師關(guān)心的問題，解決辦法需要從合適的器件的選擇及電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化著手，所以需要準(zhǔn)確定位電源板中主要的功率損耗點(diǎn)，從而通過更換能耗更低的器件或者更加合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。希望通過可量化的測試來驗(yàn)證理論數(shù)據(jù)，使其有堅(jiān)定的信心開始電源設(shè)計(jì)的下一個階段。
電源標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格
六級能耗的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)化圖
電源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
電源產(chǎn)品在投放市場前需要滿足電源行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，例如我們比較熟悉的能耗等級規(guī)范認(rèn)證，節(jié)能認(rèn)證規(guī)范，還有強(qiáng)制的CE 認(rèn)證等等其他的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。2016年對于能耗等級的規(guī)范，美國已經(jīng)開始實(shí)施六級能耗，將效率要求提高到88%，待機(jī)功耗的要求從300毫瓦 提高到100 毫瓦，中國目前實(shí)施的是五級能耗標(biāo)準(zhǔn)，但是出口美國的產(chǎn)品需要必須滿足的六級能耗才能被允許。美國能源部的統(tǒng)計(jì)的數(shù)字；“發(fā)達(dá)國家的家庭待機(jī)能耗占家庭用電量的5%-10%”，所以相信會對該項(xiàng)目越來越嚴(yán)格，甚至已經(jīng)出現(xiàn)了零功耗的產(chǎn)品，當(dāng)然并不是待機(jī)功耗為0，而是待機(jī)功耗在 <10毫瓦。
CE 的標(biāo)識認(rèn)證
“連接市電的所有電氣設(shè)備和電子設(shè)備都必須滿足EN 61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。 這是歐洲‘EMC指令’的一部分，獲得CE標(biāo)識必須滿足這一指令。” ——歐洲電源制造商協(xié)會
此外還有其他很多的電源行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)的要求：
- 能源之星 / IEC 62301 / EN 50564
- ( 家用電子設(shè)備和辦公設(shè)備耗電量測量方法- 待機(jī)功率) - IEC / EN 61000-3-2 ( 預(yù)一致性測試)
- ( 連接市電、大16A( 含) 的電氣設(shè)備和電子設(shè)備產(chǎn)生的電流諧波測量方法) - IEC 61000-4-7
- ( 規(guī)定了在測試諧波和間諧波時測量設(shè)備必須怎樣運(yùn)行。與IEC61000-3-2 一起使用) - SPECPower
- ( 經(jīng)過認(rèn)證，可以用于一到四個插座的大容量服務(wù)器類計(jì)算機(jī)功耗測試 - 其他的電源標(biāo)準(zhǔn)
- CQC 3146-2014 (LED 模塊節(jié)能認(rèn)證。要求300KHz 功率分析儀帶寬 - 中國)
- IEC 62087:2011 (電視機(jī)、攝像設(shè)備、機(jī)頂盒、音頻設(shè)備和商用多功能設(shè)備的功耗)
法規(guī)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)
EMC 測試要求
*都實(shí)施 EMI 法規(guī)，旨在為電氣和電子設(shè)備用戶提供更高的可靠性和安全性。如果您正在開發(fā)發(fā)射電磁干擾或受其影響的產(chǎn)品，則您需要認(rèn)證自己的產(chǎn)品是否符合 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。為了確保符合規(guī)定，許多公司歷來都采用專業(yè)測試設(shè)施或測試機(jī)構(gòu)的服務(wù)來執(zhí)行 EMC 預(yù)符合性和符合性測試。遺憾的是，使用第三方測試機(jī)構(gòu)可能會導(dǎo)致項(xiàng)目中的產(chǎn)品開發(fā)成本和時間大幅增加。更多的公司希望使用預(yù)符合性測試來及早發(fā)現(xiàn)符合性問題，并提高通過全面 EMC 符合性測試的成功率，而無需進(jìn)行額外重新設(shè)計(jì)。
標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)電工委員會 (IEC) 下屬的技術(shù)組織 ComitéInternational Spécial des Perturbations Radioélectriques(CISPR) 規(guī)定了許多商業(yè) EMI 測量要求。其他標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證機(jī)構(gòu)，例如日本的 TELEC，也制定了關(guān)于測量方法和認(rèn)證技術(shù)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(xì)分市場的標(biāo)準(zhǔn)。