Vicor工业和通讯用模块惊呆观众!

作者: 技术中心  发布:2020-01-27

  最炫的爆品当属电动汽车(EV)上的应用。如图1,该产品的神奇之处是可以从380V直接转到13.8V,1.8千瓦的功率。图1上图是方案,在业界非常领先。但今年下半年,将推出如图1下面的新产品,1800W,只有上面产品尺寸的1/4!

  目前,Vicor在本土车厂已有几家重要客户测试过,他们对Vicor的工程样品非常满意,可以在不几乎增加原来系统体积的情况下,增加一个高性能的DC/DC功能。相比竞争对手,竞争对手产品的体积都做不到这么小。

  为何Vicor能做出这样极高密度的产品?因为采用了Vicor独有的拓扑结构,包括硬件、软件及生产工艺方面的诀窍。简单地说,Vicor的DD/DC集成方案是内部的两级拓扑,前级是零电压开关的升降压转换器,后级是零电压零电流的母线转换器结构。值得说明的是,一般的电源转换器都是两级结构,而Vicor与一般产品对应的是单级变换,因此Vicor的优势是成本较低。但单级效率不太容易提升,因此Vicor现在的DC/DC已经是两级,使效率和密度都上去了。

  另外,这次展会有推出ZVS buck boost(零电压开关升降压)转换器PI3740,是业界唯一采用软开关技术的升降压芯片。支持8~60V宽电压输入范围,10~50V输出,根据不同的输入电压,功率可从50~140W。采用零电压开关可以明显降低开关损耗,开关频率可以做到1MHz以上的高频。相比之下,友商1的12V-12V是150kHz,友商2是300~400kHz。这次推出的PI3740与之前的buck boost产品构成了一个完整的升降压产品系列。可以应对从汽车到一般工业用途的电池输入应用场景,功率从50~800W不等。

  数据中心也是Vicor的亮点。Vicor的分比式架构FPA已经为Intel VR13 48V做了很多年产品。2016年3月9日,谷歌发布基于48V的方案,并在OCP(开放计算项目)上宣布采用了Vicor方案。另外,在今年召开的Facebook OCT会上,已有客户明确提出采用48V方案。于此同时,国内也有一些厂商在做48转CPU方案了。

  目前本土会有试用48V转CPU方案。国外已出货几百万片(例如谷歌等)。实际上,国内的天蝎2.5已包括48V电源, 但是48V转12V,预计天蝎3.0今年会发布,有可能直接接到CPU,有可能有48V母线选项。

  与此同时,电源一线V转CPU方案,或正在市场预研。但是“Vicor是业界唯一成熟的48V转CPU的方案。”陈历忠称。

  具体地,Intel的VR13是对CPU的电压调整(VR)规范,涉及动态响应、电压调整精度、负载线变化等,指标非常严格,近乎苛刻。所以入围Intel VR13的朋友圈已经实属不易,而Vicor是圈中唯一一家成熟应用的48V方案。c 模块化设计

  为何48V转CPU受到谷歌、facebook、BAT等青睐?实际上,48V转CPU的电压效率,与12V转CPU的效率差不多,但是输入48V进来,由于电流只有原先的1/4,根据W=I2R,因此反向损耗或母线排上的损耗会减少很多。

  日本一家企业已采用了Vicor的方案。谷歌的核心搜索引擎服务器均已采用Vicor电源。谷歌的核心搜索引擎服务器已100%采用Vicor电源。实际上,谷歌低端服务器上还有12V方案,电源架构是12V和48V母线V的优势是PoE(负载点)电压非常低。c 模块化设计而传统的AC-12V,再从12V-CPU,两级转换效率较低,因此比较费电。

  系留无人机通常需要700~800V电压,需要空中停留时间长,希望载荷大,一些半导体公司有整套方案,诸如MCU、DC/DC、电机驱动等,但800V电力驱动转换到24V/48V,需要用到Vicor的模块。后端可以采用Vicor的ZVS降压芯片转换为控制电路所需电源。

  Vicor的模块只有30g,可以输出600W,重量轻、效率高、密度大。尽管有的无人机厂商会采用MOSFET自己设计,但Vicor方案性价比较高。

  随着LED显示屏对厚度的要求越来越高,薄屏易于安装,安装可靠。传统LED显示屏从AC转5V,然后5V直接供给LED屏,驱动单个LED。在这种结构中,AC/DC电源比较厚,如果采用大功率5V/12V母线,线上的压降比较大。因此国内一流厂商开始考虑使用集中的AC转48V的DC电源,屏间母线V通过DC/DC转换成5V。这种结构厚度小,损耗低,是大屏的发展方向。c 模块化设计这次展示的LED显示系统采用的是PFM从AC转为48V,再采用48V转5V的ZVS buck直接为屏供电。

  GaN的应用分为两块:GaN功率器件;GaN发射射频装置。后者对Vicor有巨大机会。由于GaN功放的电压较LDOMOS要高,输入电压根据不同的工况会要求改变。Vicor的ZVS buck boost可以为GaN供电,而且也可以用ZVS buck从GaN系统的48V供电母线直接转为负载点电压。结合ZVS buck、ZVS buck boost和48V直接到负载点的FPA方案,在5G中有很大的潜力。

  功率器件方面,GaN的开关损耗很低,适合小型化。但Vicor目前用硅片做的等级与GaN的性能差不多。Vicor凭借的是业界领先的软开关技术。

  Vicor以砖式或模块电源闻名。相比于很多IPM(智能功率模块)和功率器件等产品,Vicor做的是模块化电源系统。而IPM,通常是功率器件或电源器件与控制芯片的集成。相比后者,Vicor的砖式或模块的集成度更高,里面有功率器件、控制芯片与很多信号调理电路,利用独特的拓扑结构,实现高密度、高效和高可靠性。

  至此笔者理解了,Vicor是用其他公司的功率芯片或模拟芯片,用自己的拓扑结构做设计,做出的电源模块用起来更方便,特点是:密度更高、效率更高、可靠性更高。

  系统设计的难度挺大,据说Vicor的CEO本身就是名极客,拥有大量的电源核心专利,涉及从拓扑到电路,到封装以及生产各个方面。在此多提一句,CHiP和VIA的主要区别是,VIA是精于散热的金属双面散热。另外,有趣的是,CHiP不是芯片,而是像芯片形状的一个完整的电源系统模块。

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关键词: c 模块化设计