梁再信：Power By Linear三个维度的电源创新方法

梁再信：Power By Linear三个维度的电源创新方法

　　模拟技术的两个重量级玩家ADI与Linear自从2017年正式宣布完成并购以来，其在Linear传统强势的电源领域的动态就显得格外受人关注。按照公开的数据并购Linear后ADI已经稳占全球电源市场第二的位置，毫无疑问电源市场已经成为ADI全球产业布局的重要一环，并且前所未有的保留了Linear的品牌(ADI新的电源子品牌，即Power By Linear)。

　　继承Linear在电源领域的强大资源后，ADI的电源技术到底有哪些强大优势?该领域在未来将有哪些作为?并购完成一年之际，ADI电源产品中国区市场总监梁再信首次出现在公开的媒体场合，在近日举办的第七届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2018产业和技术展望研讨会上就高性能电源技术的发展态势与创新趋势发表了演讲，并向业界展示了ADI新品牌Power By Linear的技术家底，以及未来发展的一些动向。

　　Lorry一语道破Power By Linear未来电源的三个维度玩法：

　　l Form Factor— 在做出高性能电源的同时，减少PCB尺寸以及增加更多的功能

　　l Efficiency—做到更加节能、提高效率，不断突破极致

　　l EMI—不断提高产品的可靠性、创新性，设计出更完美的噪声处理方案

　　虽然逃不出万变不离其宗的老生常谈——电源最关键的三大指标，但他的演讲中却处处落到实处，并就如何实现这些目标提出了不同的具体做法和对应的产品。干货满满，且听他讲述ADI未来电源的玩法。

小型、薄型、大电流，解决Form Factor的挑战

　　那么如何缩小电路板尺寸，做出集成度高的产品呢?Lorry认为：“首先我们要做好电源模块，让产品设计工程师能够专注于做系统级的设计，而不是花时间去调一个复杂的电源系统。”如下图这个系统IO和内核供电系统，它就能够节省30到100倍的元器件数量，而且整个系统的可靠性也会得到提升。

　　30到100倍的元器件节省，具体是如何做到的?

　　ADI在过去几十年的发展过程中衍生了一系列可以匹配现在电路板所有应用的模块，包括系统级电源(3.3V或者IO电源)、低EMI低噪声电源模块等。四年前，ADI的LTM4627(15A电源)封装规格是15mm×15mm×4.92mm;而在相同电流下，现在做出的LTM4638规格是6.25mm×6.25mm×5.02mm。很明显的上升趋势。那未来还能不能做得更小呢?Lorry在介绍ADI电源模块尺寸发展史时透露道：“6.25mm不是 ADI 电源模块的最小尺寸，更小尺寸的将于下半年或者明年发布。”

　　其次，如何做薄?ADI已经发布1.82mm的产品，这样设计的电源可以与主芯片共用同样的散热器。Lorry指出薄型电源的设计是ADI电源技术发展的一大方向。

　　除了把电源模块做薄，ADI还有一个挑战指标——大电流，这是对工程极限的探索。比如使用FPGA，需要0.8V的内核电压、100A的输出电流。用2012年的LTM4620芯片需要四片，使用2014年发布的LTM4630则需要3片，而2016年推出的LTM4650两片就可以搞定。“今年7月份，ADI将发布一款新品——LTM4700，一块就能达到上述目标。”Lorry透露道。8年提升12倍，赶超摩尔定律的节奏!

　　ADI为什么可以做到100A呢?Lorry从电源模块封装技术上给出了说明。ADI的电源模块经历了四代技术更新：第一代是将PCB邦定电容、电阻、电感，做一个塑型封装;第二代是在第一代基础上内嵌金属散热衬底，加快散热;第三代则是加入COP技术，改善它的效率，从而也改进了它的性能。如下图：

　　Silent Switcher的LowEMI秘笈

　　电源的噪声和干扰似乎是设计师工程师永远摆不脱的纠结。怎么才能减少系统的噪声和干扰呢?Lorry指出，EMI一般是由电源干扰引起的，为解决这个问题ADI的Silent Switcher技术特别对噪声和干扰指标进行深度优化。而ADI现在正在推出的Silent Switcher 2能达到93%的效率、满足CISPR25 Class 5 EMI的指标，且远远低于国际指标。Lorry很自信地表示：“ADI的友商还处在一代技术，正在跟进第二代，而ADI内部已经着手研发第三代Silent Switcher技术了。”

　　Silent Switcher到底是怎么实现的?Lorry指出：“技术本身并不难，难点在于如何在工艺工程上让它形成环路且在流动的时候是反向的。”如下图我们可以发现：磁场的反向，形成了闭环回路，这样的磁场对外界的干扰会小很多。“第三代的Slient Switcher在技术上将会解决如何在超小体积、高功率模式下还能控制EMI，并且要让EMI指标远远低于Class5国际标准。”Lorry对Slient Switcher的未来发展充满信心。

　　“Low EMI意味着比较低的噪声和纹波，对电源来说这很重要。大家知道LDO就是为了降低纹波，而且也能提高效率。但电路板上还有一些给ADC用的基准电源，它的噪声也比较低。但基准和LDO针对的应用场景却不一样，前者追求初始精度和长期稳定性，而后者则是追求怎样去输出大电流。”Lorry补充分析道。Lorry给出的下图对Power By Linear的超低噪声LDO让人印象深刻，LT3045的实测噪声远低于锂电池电源的噪声。

　　四个典型噪声示波器采样图

跨不过的90%+，但可以追求Efficiency的极致

　　“效率是全世界所有做电源的工程难题。Why?因为电感不可能是理想电感，MOS管也不可能是理想开关，这两者都存在一定的损耗。”Lorry指出，“为了提高效率，所以才有了开关电源的出场。”Lorry表示，十多年前我们的开关电源就已经达到90+%的效率，跨不过的90%+但可以追求Efficiency的极致。

　　“为了减少外围器件的体积，我们把开关频率提高了。但是频率的提升会导致开关的损耗越来越大，效率也很难提升，怎么办?”Lorry自问自答提出这个难题，“电感作为储能器件一定有转换的效率问题，所以我们考虑去掉电路中的电感，最近发布的LTC7820就是这样一个没有电感的开关电源。”

　　通过ADI创新技术和工艺方法设计出的LTC7820，是一款固定比例高电压高功率开关电容器 / 充电泵控制器，它达到了99%左右的转换效率，即便在2A到20A范围的输出电流中，也能可维持99%的电源转换效率。也可从高达 72V 的输入电压实现一个 2:1 的降压比、从高达 36V 的输入电压实现一个 1:2 的升压比、或从高至 36V 的输入电压实现一个 1:1 的负输出转换比。

　　“虽然 LTC7820要求的电压转换是呈比例的才能维持99%的转化效率，但第二代产品，LTC7821 采用了一种把软开关充电泵拓扑与一个同步降压型转换器相结合的专有架构，以提供比传统开关架构更胜一筹的效率。” Lorry 在介绍LTC7821时特地强调了其独特的构架。

　　ADI在未来除了以上三个大方向，也提到增加一些其它特别的功能。比如：智能LED灯，它可以通过摄像头自行对道路进行安全判断，从而对灯进行开关控制，保障行车的舒适性和安全可靠性。ADI一直寻求创新，并且在追求高性能的同时为大家提供最好的品质和可靠性。

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