為了滿足全球廣泛市場的需求，無晶圓廠半導體制造商 Amber Semiconductor (AmberSemi) 創(chuàng)造了一種創(chuàng)新的離線 AC/DC 電源轉換解決方案架構。這項技術被稱為 AC Direct DC Enabler(或 Enabler)，可直接從交流電源中提取直流電，從而無需整流橋、變壓器和高壓大容量電容器。

與傳統(tǒng)電源解決方案不同，Enabler 所需的外部元件數(shù)量更少。此外，它還有望增強產(chǎn)品功能和/或大幅縮小產(chǎn)品外形尺寸。

AmberSemi 技術概述

Enabler 本質上是一種基于固態(tài)硅的技術，可以取代傳統(tǒng)機電元件的操作。反過來，這可以提高功能潛力、提高操作靈活性、縮小物理尺寸并增強固態(tài)架構的可靠性。

在電力電子領域，普遍接受的范式是，輸出功率的增加意味著電路尺寸的增加，從而導致成本增加和工程問題。AmberSemi 開發(fā)的電力數(shù)字控制集成到半導體 IC 器件中，代表了整個電氣產(chǎn)品領域電力技術的重大架構升級，并實現(xiàn)了更緊湊、更動態(tài)的電源設計。

此外，Enabler 提供這些功能時不會強制最終產(chǎn)品偏離其標準外形尺寸。系統(tǒng)占用空間的減少使得在相同空間內集成更多功能成為可能，從而節(jié)省成本并帶來其他優(yōu)勢。

AmberSemi 的 AC Direct DC Enabler IC 擁有同類產(chǎn)品中最高的功率密度，每 0.21 立方英寸(1.47 立方厘米)功率密度為 5 W ，是市場上最節(jié)省空間的選擇。因此，固態(tài)設計的功率密度得到提高，使其在空間有限的應用中特別有吸引力，例如便攜式設備、斷路器盒、配電裝置以及電動和傳統(tǒng)燃氣汽車。

此外，AC Direct DC Enabler IC 的內置串行外設接口 (SPI) 允許訪問內部可編程寄存器，從而擴展了 IC 的功能和可配置性。當與微控制器等處理單元結合使用時，這種類型的電源轉換解決方案將成為智能電源轉換解決方案，可實時報告各種內部活動。

圖 1 比較了采用傳統(tǒng)技術制造的電源和基于 AmberSemi 固態(tài)技術的電源的尺寸。新技術可以提高功率密度、PCB 占用面積和整體體積。

圖 1：傳統(tǒng)電源解決方案與 AmberSemi 電源解決方案(來源：Amber Semiconductor)

AC Direct DC Enabler產(chǎn)品系列包括兩個系列，支持廣泛的應用：

· Enabler-FX 系列為工程師在設計系統(tǒng)時提供了最大程度的靈活性。通過利用外部功率 MOSFET，Enabler-FX 使設計人員能夠在成本、空間、性能和可靠性方面優(yōu)化設備。設備的內部補償網(wǎng)絡、最小的外部拓撲和操作可配置性都有助于簡化系統(tǒng)設計，從而減少組件總數(shù)和系統(tǒng)尺寸。

· 為了最大程度地節(jié)省空間，集成的 Enabler-SX 提供了最緊湊的設計解決方案。功率 MOSFET 集成到 Enabler-SX 中，以在單個極其緊湊的 LGA 封裝中產(chǎn)生完全集成的 AC-DC 轉換器。Enabler-SX 提供業(yè)內最緊湊的電力輸送解決方案，使系統(tǒng)設計人員能夠將更多功能整合到更小的外形尺寸中，以用于下一代物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)人工智能和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

AmberSemi 技術的優(yōu)勢

除了更小的占用空間、更高的功率密度和通過 SPI 接口的可配置性之外，AmberSemi 的 AC Direct DC Enabler 還提供幾個關鍵優(yōu)勢，例如可靠性、可擴展性和對輸出功率的動態(tài)控制。

可靠性

與傳統(tǒng)解決方案相比，固態(tài)架構使電力電子公司能夠實現(xiàn)更高的可靠性和使用壽命。通過采用與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比額定電壓較低的電容器，AC Direct DC Enabler 架構展示了與陶瓷、聚合物和電解電容器的兼容性。

此外，顯著減少的元件數(shù)量有助于提高可持續(xù)性和可靠性。通過利用每千瓦時運行需要多達 50% 元件的標準電源，AC Direct DC Enabler IC 可減少關鍵元件的熱應力和電應力，從而促進有效散熱并降低因過熱導致元件故障的可能性。此外，它還提供了在需要最大可靠性的情況下使用陶瓷電容器而不是電解電容器的能力，例如在開關模式下運行的電源中。

可擴展性

與傳統(tǒng)電力電子解決方案相比，固態(tài)架構和數(shù)字電氣管理的集成提高了適應性和可擴展性。AC Direct DC Enabler IC 具有 24–277 VAC 的廣泛輸入電壓范圍，可在廣泛的全球產(chǎn)品組合中使用單一設計。AmberSemi 技術的輸入電壓獨立性將進一步提高其產(chǎn)品在未來設計中在需要更高電壓的工業(yè)應用中的實用性，而傳統(tǒng)產(chǎn)品在這些應用中會遇到困難。

該芯片無縫集成到各種模塊化和通用設計架構中，從而促進了可擴展性和系統(tǒng)擴展，這也使架構更具動態(tài)性并利用更大的功率容量。利用此功能，設計工程師可以設計出靈活應對波動功率需求的解決方案，從而有可能減少整個產(chǎn)品線的庫存單位 (SKU) 并促進系統(tǒng)架構的調整。

動態(tài)功率控制

由于采用數(shù)字電力管理，AC Direct DC 啟動器 IC 比傳統(tǒng)解決方案更具動態(tài)性。該解決方案利用軟件提供動態(tài)功率，從而增強控制。它通過允許可配置的輸出電壓范圍和自動模式切換來實現(xiàn)這一點，最終優(yōu)化所有電源輸出的效率。

通過采用固態(tài)半導體架構，電源模塊公司有潛力積極推動向更可持續(xù)能源格局的轉變。這種優(yōu)勢源于該架構的耐用性提高和組件數(shù)量減少，從而消除了更換零件的必要性。

可配置性

該設備內置的 SPI 接口使設計人員能夠配置電源轉換參數(shù)并建立事件閾值以達到保護目的。當與處理單元集成時，該設備可產(chǎn)生智能電源轉換解決方案，有助于實時報告各種內部操作，包括警報事件監(jiān)控和子系統(tǒng)負載數(shù)據(jù)記錄。

應用

AC Direct DC Enabler與各種電氣產(chǎn)品高度兼容，例如門鈴攝像頭、恒溫器、智能產(chǎn)品、家電、智能 HVACR 等。這項創(chuàng)新技術幾乎可以使任何使用直流電并由交流電源供電的電子設備受益。此外，該技術可以與關鍵半導體元件(例如無線發(fā)射器和微控制器)集成，以創(chuàng)建獨一無二的 AC Direct 半導體系統(tǒng)。此類系統(tǒng)可以通過單個 AC Direct 系統(tǒng)為家政功能和外部傳感器供電。

Enabler-FX 和 Enabler-SC 系列的主要應用如圖 2 所示。

圖 2：AC Direct DC Enabler 產(chǎn)品系列的主要產(chǎn)品應用(來源：Amber Semiconductor)