迎接5G和萬物互聯(lián)新時(shí)代，電源技術(shù)準(zhǔn)備好了么？

GSMA在9月最新發(fā)布的《2018年全球移動趨勢報(bào)告》揭示：5G已經(jīng)到來。到2025年，5G將占全球移動連接的15%。5G/IoT機(jī)會正在向企業(yè)轉(zhuǎn)移。5G和物聯(lián)網(wǎng)將在企業(yè)領(lǐng)域開辟一系列新的機(jī)會，從現(xiàn)在到2025年，將再增加100億個(gè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)連接。

圖1：5G已來。到2025年，5G將占全球移動連接的15%。

眾所周知，從2G、3G、4G到5G，不管是射頻信號鏈器件還是電源器件，每一次通信系統(tǒng)的迭代里面都有ADI的重度參與。ADI電源產(chǎn)品中國區(qū)市場總監(jiān)梁再信(Lorry)在最近的一次媒體交流會上談到，5G和萬物互聯(lián)時(shí)代其實(shí)對電源技術(shù)也提出了新的要求和挑戰(zhàn)，例如對于基站電源來說，到了5G時(shí)代，要求則會變得更為苛刻，無論是效率還是可靠性都需要有更大增強(qiáng)。而無電池持續(xù)供電則是很多物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用場景大規(guī)模落地的前提條件。那么我們來看看，創(chuàng)新的電源技術(shù)是否已經(jīng)準(zhǔn)備好迎接新時(shí)代的到來?

應(yīng)對5G通信的高功率密度、高穩(wěn)定性挑戰(zhàn)

正如一些業(yè)內(nèi)專家指出的，未來5G基站的分布可能會更加密集以及分散，因此通訊電源的尺寸以及功率都會比以前更小些，但總體的功率密度以及轉(zhuǎn)化率、效率都要有所提升。

對此，Lorry表示，從30年前開始，電源效率就不斷提高，但業(yè)界大概提高到94%的時(shí)候就推不動了，主要原因是電感損耗逐步降低，但MOSFET的損耗卻在增加。而現(xiàn)在，上述問題已得到很好解決，ADI已經(jīng)推出的效率最高可達(dá)99%的電源轉(zhuǎn)換器。

例如，LT8610A/LT8610AB是緊湊、高效率、高速、同步、單片式、降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，僅消耗 2.5μA的靜態(tài)電流。與LT8610相比，這兩款器件均具有較高的最大輸出電流(3.5A) 和較快的最小接通時(shí)間(30ns)。LT8610A 具有與LT8610 相同的低紋波突發(fā)模式性能，而 LT8610AB 則擁有更高的輕負(fù)載效率。

圖2：LT8610AB具備更高的輕負(fù)載效率。

當(dāng)下的5G通信系統(tǒng)需要非常高的功率密度，因此，芯片的功耗和轉(zhuǎn)換效率面臨較大的調(diào)整。Lorry介紹說：“傳統(tǒng)的DC/DC電源，因?yàn)镸OSFET的開關(guān)損耗和電感轉(zhuǎn)換損耗的存在，效率沒有辦法在當(dāng)前構(gòu)架下取得突破性進(jìn)展，ADI在研發(fā)了一種沒有電感的變換器LTC7820，可以將效率提升到99%。但是因?yàn)榈湫凸ぷ髟硎菍⑤斎腚妷簩φ劢祲鹤儞Q，不能調(diào)整輸出電壓，因此ADI又開發(fā)了一個(gè)混合型的開關(guān)電源LTC7821，綜合了無電感高效變換器和高性能降壓電路的優(yōu)點(diǎn)，加以其它技術(shù)與原理應(yīng)用，在輸出電壓可以隨意調(diào)整的同時(shí)，依然將效率保持在97%以上。”

ADI在通信應(yīng)用的電源技術(shù)創(chuàng)新和調(diào)整方面還做了很多其它的改進(jìn)。比如結(jié)合理想二極管的優(yōu)點(diǎn)支持熱插拔，能夠讓通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更低壓差，更高效率和更高穩(wěn)定性。

圖4：理想二極管和熱插拔控制器結(jié)合為通信系統(tǒng)提高更好的穩(wěn)定性。

還有，通過帶數(shù)字接口的電源管理系統(tǒng)可以記錄每一路的電源狀態(tài)、電壓、電流、溫度等，甚至可以控制輸出的電壓。尤其當(dāng)系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)，可以通過PSM得知電路故障所在。因此，PSM的測量和輸出的調(diào)整功能在通信領(lǐng)域越來越受到重用。

圖5：帶數(shù)字接口的電源監(jiān)控系統(tǒng)(PSM)。

針對通信應(yīng)用，ADI開發(fā)了一系列帶有PSM數(shù)字接口的電源模塊，方便處理器與電源管理芯片的通信與狀態(tài)記錄，同時(shí)支持遠(yuǎn)程調(diào)試。梁再信說道：“PSM功能越來越得到重視，因?yàn)樵谕ㄐ畔到y(tǒng)中，電源軌可能要多達(dá)十幾路，通過PSM對每路的監(jiān)控，了解工作狀況。同時(shí)，在通信板卡出廠前的測試時(shí)，都需要把每路電源電壓同時(shí)上調(diào)可下調(diào)，如果采用PSM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動測試，自動輸出調(diào)整，簡化產(chǎn)品的測試過程。”

圖6：ADI帶PSM的大電流 µModule穩(wěn)壓器發(fā)展路線圖。

除了PSM，POE(Power over Ethernet)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用也非常的廣，POE可以通過網(wǎng)線傳輸數(shù)據(jù)和電源。目前ADI已經(jīng)推出包括13W、25.5W、71W以及90W的LTPoE++解決方案。Lorry分享到：“90W還不是終點(diǎn)，ADI現(xiàn)在已經(jīng)推出了150瓦的POE解決方案，可藉由單根CAT5 cable即可滿足MIMO/5G/Small Cell等應(yīng)用。此方案最大的好處是可以對通信的應(yīng)用和布局提供高達(dá)150瓦的功率。面對大功率的遠(yuǎn)端設(shè)備供電，150瓦可以提供非常完美的解決方案，這也是我們在通信方面強(qiáng)有力的一個(gè)技術(shù)平臺。”

圖7：ADI提供高達(dá)150W的POE解決方案。

能量采集技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)無電池物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)

針對智能穿戴式設(shè)備以及更多物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)的持續(xù)方便供電問題，ADI做了非常多的探索，能不能把振動、溫差、光、磁場等變成需要的能源呢?為此ADI也推出了一系列創(chuàng)新產(chǎn)品，如圖8。

圖8：ADI提供齊全的能量采集器件。

以LTC3108舉例，LTC3108 是一款高度集成的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，非常適合于收集和管理來自諸如 TEG (熱電發(fā)生器)、熱電堆和小型太陽能電池等極低輸入電壓電源的剩余能量。溫差產(chǎn)生的電能是微弱的，傳統(tǒng)開關(guān)電源沒有辦法轉(zhuǎn)換成3.3V甚至5V，而ADI可以做到。

而在振動方面，可應(yīng)用LTC3588毫微功率能量收集電源，支持振動換能，0.25G、40Hz的振動片，就可以實(shí)現(xiàn)250μA的電能，產(chǎn)品集成了一個(gè)低損失全波橋式整流器和一個(gè)高效率降壓型轉(zhuǎn)換器，以造就一款專為高輸出阻抗能源 (例如：壓電換能器) 而優(yōu)化的完整能量收集解決方案。

圖9：ADI電磁能量收集方案原型。

目前ADI在電磁能源收集領(lǐng)域也做了一些嘗試，仿照機(jī)械手表，制作了一個(gè)電磁場收集參考方案，通過振動就可以產(chǎn)生電能。

Lorry總結(jié)道：“Power By Linear這個(gè)子品牌體現(xiàn)了ADI功率產(chǎn)品未來的發(fā)展方向，絕不僅僅只針對下一代通信和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，還將迎接更多熱門行業(yè)應(yīng)用需求發(fā)展。我們考慮的是如何創(chuàng)新，如何提供高性能方案，并能夠提供全球最好的技術(shù)支持以及最好的可靠性和穩(wěn)定性，幫助客戶在更多熱點(diǎn)和新性市場去拓展自己的創(chuàng)新版圖。”