革命性的技術(shù)，直接從交流電源中提取直流電

為了滿足全球廣泛市場的需求，無晶圓廠半導(dǎo)體制造商 Amber Semiconductor (AmberSemi) 創(chuàng)造了一種創(chuàng)新的離線 AC/DC 電源轉(zhuǎn)換解決方案架構(gòu)。這項(xiàng)技術(shù)被稱為 AC Direct DC Enabler(或 Enabler)，可直接從交流電源中提取直流電，從而無需整流橋、變壓器和高壓大容量電容器。

與傳統(tǒng)電源解決方案不同，Enabler 所需的外部元件數(shù)量更少。此外，它還有望增強(qiáng)產(chǎn)品功能和/或大幅縮小產(chǎn)品外形尺寸。

AmberSemi 技術(shù)概述

Enabler 本質(zhì)上是一種基于固態(tài)硅的技術(shù)，可以取代傳統(tǒng)機(jī)電元件的操作。反過來，這可以提高功能潛力、提高操作靈活性、縮小物理尺寸并增強(qiáng)固態(tài)架構(gòu)的可靠性。

在電力電子領(lǐng)域，普遍接受的范式是，輸出功率的增加意味著電路尺寸的增加，從而導(dǎo)致成本增加和工程問題。AmberSemi 開發(fā)的電力數(shù)字控制集成到半導(dǎo)體 IC 器件中，代表了整個電氣產(chǎn)品領(lǐng)域電力技術(shù)的重大架構(gòu)升級，并實(shí)現(xiàn)了更緊湊、更動態(tài)的電源設(shè)計。

此外，Enabler 提供這些功能時不會強(qiáng)制最終產(chǎn)品偏離其標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸。系統(tǒng)占用空間的減少使得在相同空間內(nèi)集成更多功能成為可能，從而節(jié)省成本并帶來其他優(yōu)勢。

AmberSemi 的 AC Direct DC Enabler IC 擁有同類產(chǎn)品中最高的功率密度，每 0.21 立方英寸(1.47 立方厘米)功率密度為 5 W ，是市場上最節(jié)省空間的選擇。因此，固態(tài)設(shè)計的功率密度得到提高，使其在空間有限的應(yīng)用中特別有吸引力，例如便攜式設(shè)備、斷路器盒、配電裝置以及電動和傳統(tǒng)燃?xì)馄嚒?

此外，AC Direct DC Enabler IC 的內(nèi)置串行外設(shè)接口 (SPI) 允許訪問內(nèi)部可編程寄存器，從而擴(kuò)展了 IC 的功能和可配置性。當(dāng)與微控制器等處理單元結(jié)合使用時，這種類型的電源轉(zhuǎn)換解決方案將成為智能電源轉(zhuǎn)換解決方案，可實(shí)時報告各種內(nèi)部活動。

圖 1 比較了采用傳統(tǒng)技術(shù)制造的電源和基于 AmberSemi 固態(tài)技術(shù)的電源的尺寸。新技術(shù)可以提高功率密度、PCB 占用面積和整體體積。

圖 1：傳統(tǒng)電源解決方案與 AmberSemi 電源解決方案(來源：Amber Semiconductor)

AC Direct DC Enabler產(chǎn)品系列包括兩個系列，支持廣泛的應(yīng)用：

· Enabler-FX 系列為工程師在設(shè)計系統(tǒng)時提供了最大程度的靈活性。通過利用外部功率 MOSFET，Enabler-FX 使設(shè)計人員能夠在成本、空間、性能和可靠性方面優(yōu)化設(shè)備。設(shè)備的內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、最小的外部拓?fù)浜筒僮骺膳渲眯远加兄诤喕到y(tǒng)設(shè)計，從而減少組件總數(shù)和系統(tǒng)尺寸。

· 為了最大程度地節(jié)省空間，集成的 Enabler-SX 提供了最緊湊的設(shè)計解決方案。功率 MOSFET 集成到 Enabler-SX 中，以在單個極其緊湊的 LGA 封裝中產(chǎn)生完全集成的 AC-DC 轉(zhuǎn)換器。Enabler-SX 提供業(yè)內(nèi)最緊湊的電力輸送解決方案，使系統(tǒng)設(shè)計人員能夠?qū)⒏喙δ苷系礁〉耐庑纬叽缰校杂糜谙乱淮锫?lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)人工智能和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

AmberSemi 技術(shù)的優(yōu)勢

除了更小的占用空間、更高的功率密度和通過 SPI 接口的可配置性之外，AmberSemi 的 AC Direct DC Enabler 還提供幾個關(guān)鍵優(yōu)勢，例如可靠性、可擴(kuò)展性和對輸出功率的動態(tài)控制。

可靠性

與傳統(tǒng)解決方案相比，固態(tài)架構(gòu)使電力電子公司能夠?qū)崿F(xiàn)更高的可靠性和使用壽命。通過采用與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比額定電壓較低的電容器，AC Direct DC Enabler 架構(gòu)展示了與陶瓷、聚合物和電解電容器的兼容性。

此外，顯著減少的元件數(shù)量有助于提高可持續(xù)性和可靠性。通過利用每千瓦時運(yùn)行需要多達(dá) 50% 元件的標(biāo)準(zhǔn)電源，AC Direct DC Enabler IC 可減少關(guān)鍵元件的熱應(yīng)力和電應(yīng)力，從而促進(jìn)有效散熱并降低因過熱導(dǎo)致元件故障的可能性。此外，它還提供了在需要最大可靠性的情況下使用陶瓷電容器而不是電解電容器的能力，例如在開關(guān)模式下運(yùn)行的電源中。

可擴(kuò)展性

與傳統(tǒng)電力電子解決方案相比，固態(tài)架構(gòu)和數(shù)字電氣管理的集成提高了適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。AC Direct DC Enabler IC 具有 24–277 VAC 的廣泛輸入電壓范圍，可在廣泛的全球產(chǎn)品組合中使用單一設(shè)計。AmberSemi 技術(shù)的輸入電壓獨(dú)立性將進(jìn)一步提高其產(chǎn)品在未來設(shè)計中在需要更高電壓的工業(yè)應(yīng)用中的實(shí)用性，而傳統(tǒng)產(chǎn)品在這些應(yīng)用中會遇到困難。

該芯片無縫集成到各種模塊化和通用設(shè)計架構(gòu)中，從而促進(jìn)了可擴(kuò)展性和系統(tǒng)擴(kuò)展，這也使架構(gòu)更具動態(tài)性并利用更大的功率容量。利用此功能，設(shè)計工程師可以設(shè)計出靈活應(yīng)對波動功率需求的解決方案，從而有可能減少整個產(chǎn)品線的庫存單位 (SKU) 并促進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)的調(diào)整。

動態(tài)功率控制

由于采用數(shù)字電力管理，AC Direct DC 啟動器 IC 比傳統(tǒng)解決方案更具動態(tài)性。該解決方案利用軟件提供動態(tài)功率，從而增強(qiáng)控制。它通過允許可配置的輸出電壓范圍和自動模式切換來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，最終優(yōu)化所有電源輸出的效率。

通過采用固態(tài)半導(dǎo)體架構(gòu)，電源模塊公司有潛力積極推動向更可持續(xù)能源格局的轉(zhuǎn)變。這種優(yōu)勢源于該架構(gòu)的耐用性提高和組件數(shù)量減少，從而消除了更換零件的必要性。

可配置性

該設(shè)備內(nèi)置的 SPI 接口使設(shè)計人員能夠配置電源轉(zhuǎn)換參數(shù)并建立事件閾值以達(dá)到保護(hù)目的。當(dāng)與處理單元集成時，該設(shè)備可產(chǎn)生智能電源轉(zhuǎn)換解決方案，有助于實(shí)時報告各種內(nèi)部操作，包括警報事件監(jiān)控和子系統(tǒng)負(fù)載數(shù)據(jù)記錄。

應(yīng)用

AC Direct DC Enabler與各種電氣產(chǎn)品高度兼容，例如門鈴攝像頭、恒溫器、智能產(chǎn)品、家電、智能 HVACR 等。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)幾乎可以使任何使用直流電并由交流電源供電的電子設(shè)備受益。此外，該技術(shù)可以與關(guān)鍵半導(dǎo)體元件(例如無線發(fā)射器和微控制器)集成，以創(chuàng)建獨(dú)一無二的 AC Direct 半導(dǎo)體系統(tǒng)。此類系統(tǒng)可以通過單個 AC Direct 系統(tǒng)為家政功能和外部傳感器供電。

Enabler-FX 和 Enabler-SC 系列的主要應(yīng)用如圖 2 所示。

圖 2：AC Direct DC Enabler 產(chǎn)品系列的主要產(chǎn)品應(yīng)用(來源：Amber Semiconductor)