工業(yè) 4.0的電源挑戰(zhàn)

工業(yè) 4.0 技術(shù)革命不僅通過在生產(chǎn)過程中使用數(shù)據(jù)來定義，而且還用于電源管理系統(tǒng)的設(shè)計，包括集成 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，遵循精確的規(guī)范。動力組件必須滿足高性能要求。發(fā)動機控制是工業(yè) 4.0 發(fā)展中另一項具有戰(zhàn)略意義的技術(shù)。在電機控制領(lǐng)域?qū)ふ腋咝У慕鉀Q方案是每個人的首要任務，包括系統(tǒng)開發(fā)商和組件制造商。數(shù)據(jù)中心正在幫助處理數(shù)字轉(zhuǎn)換過程中涉及的大量數(shù)據(jù)，靠近數(shù)據(jù)的來源。作為這種 IT 轉(zhuǎn)型的一部分，一些公司已經(jīng)開始實施新的數(shù)據(jù)中心技術(shù)和分發(fā)方法。

工業(yè)用 DC/DC 電源

隨著工業(yè) 4.0 的發(fā)展，能源管理有了新的含義，因為物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析和云計算的融合導致復雜、分散和互聯(lián)的工業(yè)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)。為了實現(xiàn)最佳能效，工程師越來越需要正確、準確地表征智能工廠中電力系統(tǒng)所有組件的行為，尤其是 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

DC/DC 轉(zhuǎn)換器市場正在擴大。在包括通信、計算機和各種工業(yè)部門在內(nèi)的傳統(tǒng)應用的穩(wěn)步增長以及幾種新型創(chuàng)新電源架構(gòu)的出現(xiàn)的推動下，DC/DC 轉(zhuǎn)換器市場也將受益于碳化硅等新設(shè)備的可用性。 SiC） MOSFET 驅(qū)動器。憑借其出色的熱特性，SiC 器件是各種應用中的首選解決方案。

例如， RECOM Power GmbH的RKZ-xx2005D 系列（通過 UL60950和 IEC/EN60950 認證）包括適用于 SiC MOSFET 驅(qū)動器的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，具有高達 87% 的更高效率（圖 1）和一個最大容性負載為 47/680 μF。

隔離電壓為 3 kVDC 或 4 kVDC，最高可達 5.2 kVDC（測試一分鐘），溫度范圍為 –40°C 至 90°C，可滿足汽車和工業(yè)應用中最惡劣的條件。

圖 1：RKZ-xx2005D 系列的典型應用電路

Tamura Corp. 的柵極驅(qū)動器模塊 是內(nèi)置 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和專用驅(qū)動電路的集成器件，適用于 SiC MOSFET 和 IGBT 柵極驅(qū)動器。模塊是一體式的，它們的操作只需要幾個外部組件。低共模噪聲、高速響應和小尺寸是這些解決方案的主要特點，使其可用于工業(yè)、機器人和電源轉(zhuǎn)換應用。

在汽車、運輸和工業(yè)領(lǐng)域等需要低電磁干擾 （EMI） 電源解決方案的應用中，噪聲敏感性是另一個需要關(guān)注的領(lǐng)域。雖然 EMI 濾波或金屬屏蔽會增加設(shè)計成本，但 ADI 公司 （ADI） 的低噪聲 μModule 技術(shù)提供了一種可能的替代方案，以在高開關(guān)頻率下以高效率將 EMI 輻射降至最低。

圖 2：LTM8003H 的框圖。

ADI 的LTM8003H 旨在滿足汽車、工業(yè)和軍事應用所需的內(nèi)部工作溫度范圍介于 –40°C 和 150°C 之間的規(guī)范，這些應用中的電源電路必須連續(xù)安全地運行（圖 2）。

高效數(shù)據(jù)中心

即使對更多功率的需求不斷增長，對電源的重量和尺寸的要求也越來越嚴格。這是越來越多的公司將其配電和電力系統(tǒng)從傳統(tǒng)的 12 V 轉(zhuǎn)換為 48 V 的主要原因。數(shù)據(jù)中心、云服務器、機器學習和深度學習應用程序?qū)﹄娏Φ男枨蟛粩嘣黾?，因為廣泛CPU、GPU 和其他計算設(shè)備的使用。從 12V 切換到 48V 電源總線需要仔細選擇組件和適當?shù)脑O(shè)計技術(shù)。

英飛凌科技股份公司為 48V 配電推出了一種創(chuàng)新、高效的兩級架構(gòu)，特別適用于數(shù)據(jù)中心?；谄淞汶妷洪_關(guān) （ZSC） 開關(guān)電容器轉(zhuǎn)換器，新架構(gòu)可以高效地為 CPU、GPU、SoC、ASIC 和內(nèi)存模塊供電。

將 ZSC 技術(shù)與氮化鎵 （GaN） 高電子遷移率晶體管 （HEMT）（例如CoolGan 600-V 器件）相結(jié)合，可為下一代數(shù)據(jù)中心帶來優(yōu)化的功率流和高性能。ZSC 轉(zhuǎn)換器可為基于 48V 總線電壓的應用提供最高水平的效率和功率密度。

圖 3：ZSC 兩階段架構(gòu)。

ZSC 轉(zhuǎn)換器與最佳多相降壓穩(wěn)壓器的結(jié)合使用可提供等于或大于 94% 的效率和高于 48 V 供電系統(tǒng)的市場平均水平的功率密度。圖 3 顯示了一個評估板，基于ZSC 轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)兩級架構(gòu)。

審核編輯：郭婷