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“追逐”隔离电源产品的新风向

来源:360足球下注网站    发布时间:2024-07-17 10:58:07   浏览量:1

  在当前5G和“碳中和”时代背景下,无论是对电源的传输速率、开关频率、转化效率方面都提出了全新要求。相应的,隔离电源产品如何在效率更优化、尺寸更紧凑、安全要求更严格层面“达标”?隔离电源产品走向了新的革命。

  MPS DCDC产品线业务拓展经理殷亮分析说,一是安全,因为很多产品原边侧是低压,而副边侧是高压,为保护人身安全和电路安全,应在原副边之间增加一个电源隔离产品;二是抗干扰,将原边副边侧分开,能够将模拟地和功率大地分开,能够直接进行防噪声设计,而且低压侧模拟信号对于电平干扰信号更加敏感,所以要尽可能隔开高低压侧;三是需要电平转换,如可实现1.8 V到5V电压的转换。

  殷亮指出,无论是传统的通信电源、服务器电源,工业领域的变频器、伺服电机,包括新兴的光伏电源、储能电源,以及电动汽车相关的充电桩、车载充电机、车载逆变器等等,本质上都需要高效、可靠的隔离产品。

  谈及市场规模的问题,殷亮表示,这牵涉到不同的领域,但应用会慢慢的广泛。从2030年至2035年,欧洲一些国家就已禁止燃油车的销售,到2050年很多国家市场会达到碳中和,我国到2060年也将实现从化石原料到清洁能源的转换,隔离产品将在诸多应用拓扑中应用。

  有分析指出,2019年,全球数字隔离器市场规模达到3.1亿美元,QYResearch预计2026年将达到5.58亿美元,年复合增长率(CAGR)为9.35%。

  “5G基站的发射频率会更高,覆盖范围会更小,整个传输的数据量会更大,要求更高的功率密度、更紧凑的封装体积、更智能的控制策略,更严格的安全认证等。而且因牵涉到外部的雷击,包括长电缆耦合的串扰信号,需要更高的隔离等级要求,至少达到5kV。” 殷亮提及。

  从国内的数字隔离器行业来看,仍然是一个未完全开发的市场,目前量产并形成批量销售的企业不多,主要有中科格励微、荣湃半导体和川土微电子等厂商,而大多数的数字隔离器产品仍然依赖进口。在上述市场应用的推动下,可以说数字隔离产品还大有可为。

  通过对比这三种隔离技术的优缺点,殷亮介绍说,电容隔离技术相对之下更具优势,包括寿命长、占板面积小、传输速率高、低EMI等,同时更容易集成外设元件,而且光耦隔离算是上一代产品,在耐压、抗干扰能力方面不足,因而光耦隔离的技术将逐渐被取代。

  为此,MPS通过结合自己工艺优势,选择了电容隔离路线。作为一家专注于开发隔离产品的半导体公司,MPS从2008年AC/DC产品线年汽车级产品完成ISO26262工艺认证,十几年的时间,MPS一直专注于隔离产品的研发,其产品在上述领域均得到了广泛的应用。

  目前,MPS的隔离产品有隔离栅极驱动器、变压器驱动器、隔离电源模块、数字隔离产品、隔离放大器,全部的产品均满足多种隔离要求,可实现较高的安全等级,包括UL1577、VDE V 0884-11和IEC62368-1等。

  殷亮还着着说,MPS还能提供不同的封装、耐压等级、通道数以及隔离电源模块功率等级的选择,适配各种不同的应用场景,同时便于各类客户在应用中进行一对一的性能参数对照。而且,MPS某些产品是引脚兼容的,可助力客户快速迭代应用,或按照每个客户开发能力提供规范的、认证的、快速的上板测试。

  更要指出的是,从IGBT到硅再到第三代半导体,MPS的隔离产品均可提供对应的支持。“如隔离栅极驱动器,有不同UVLO(欠压锁定)的选择,针对氮化镓提供3V的选型,隔离耐压达到5kV,并且传输延迟在50ns以下,以满足氮化镓驱动的要求。”殷亮还提到,“MPS在碳化硅方面的隔离产品也同样满足需求,未来还将整合成模块化方案。”

  在上述的诸多应用中,大功率隔离电源成为热门方向。随着电压慢慢的升高、功率慢慢的变大,客户希望控制模块越来越小、功耗越来越低。殷亮表示,单芯片无疑是一个理想的解决方案,在逐步的提升隔离性能的同时,可最大限度地降低尺寸,实现用一颗MCU或DSP就可安全地控制大功率隔离电源。

  为此,MPS开发了MPF32010和32020专用数字控制器,在集成之后开放一个定制化的接口,为客户配置不同的参数,可极大地加快开发周期。

  在时代的变革推动下,MPS也顺势推出一系列针对中大功率应用的电源产品,旨在为业界提供高效、简单、可靠的选择。

  针对3KW功率级别MPS推出了一整套电源转换方案,它采用了MPS的隔离型门极驱动MP188xx、PFC/LLC控制器MPF320x0、集成电源型数字隔离器MPQ27800和隔离电流传感器MCS180x等最新产品。这一些器件的协同设计,使得该方案实现了2.14W/cm3的功率密度,整体转换效率达到96%。

  其中的拳头产品——隔离型门极驱动产品MP188xx包含多种通道配置,可以在一定程度上完成高达5KV隔离耐压、100KV/us共模抗干扰、30V输出端供电和低至50ns传输延时等关键指标。MP18831是一款隔离型半桥门极驱动器,具有高达 4A 的拉灌峰值电流能力。利用MPS专有的高压容性隔离技术,能轻松实现高达 5KVRMS的耐受电压和额定值大于100KV/us的共模瞬态抗扰度(CMTI)。

  同时,MPS还推出了独立的隔离电源模块MID1W0505、MID6W2424等系列新产品。MID1W0505A 是一款半调制型、隔离式 DC/DC 变换器,支持4.5V至5.5V的输入电压以及高达1W的输出功率,且具有极好的负载和线kVDC隔离电压,它在一个芯片中集成了功率 MOSFET、变压器和反馈电路。与传统的隔离电源模块相比,提供了更紧凑的解决方案,具有可靠的工作性能。

  需要强调的是,在进行电路设计时,数字隔离器大多数都会搭配一个电源隔离模块,MPS的隔离电源模块MIDxW0505A可以和MP276xx搭配使用。为了给客户提供多样性的选择,MPS还可将MP276xx和MIDxW0505A进一步集成到一个封装中,并推出了更加集成化的芯片MPQ278xx,最大限度地减少占板面积。

  在代表趋势的单芯片层面,MPS也新推出了2~6通道数字隔离器MP276xx,将多个通道集成在一个封装中,实现隔离电源供电和隔离输入/输出信号,采用一颗MPS数字隔离器能代替4/6颗光耦合器。此芯片不仅体积小巧,而且隔离电压等级(5kV)、数字传输率150Mbp和共模瞬态抗扰能力表现都非常出色。

  殷亮最后表示,MPS将持续致力于推出更多针对中大功率电源应用的IC产品,帮助电源设计师们不断地开发出性能更高、响应更快、体积更小、成本更低和开发周期更短的电源方案。(校对/李延)