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工业4.0驱动电源变革走向数字化、模块化和低功耗

来源:智能电力网 时间:2020-11-13 19:09:33 发布信息

      工业4.0引领电源正向数字化、模块化、低功耗方向发展。针对工业用电源现在和未来的需求,来自MPS(美国芯源系统有限公司)的电源专家在MPS工业研讨会北京站上着重讲解了电源设计的要点,探讨了直流无刷电机控制的各类控制方式,并同步展示了MPS高速直流无刷电机驱动的方案。


      MPS北中国区副总经理卢平指出,设备小型化/高集成化和物联网正成为推动电源变革的两大趋势。前者要求电源具备模块化特性和更高功率密度,而以远程可控、有线/无线网络为特质的物联网,则对数字电源、网络供电、以及超低功耗提出了新的要求。


      但新的问题也接踵而来。“在中国,工业领域目前很少有专门的电源工程师,更多的现状是由系统工程师来兼任这一工作。对于系统工程师而言,他们需要顾虑方方面面,因此很难有特别强的电源设计能力。比如不熟悉开关电源设计、电源元件太多导致PCB板空间不足、或是开关电源带来了较强的EMI干扰等。”卢平说。


      他认为,此时,“电源模块的优势就得到了最好的体现。”因为电源模块具备优异的传导与辐射特性,功率密度高,可以在提高电源可靠性的同时减小电源体积。而且设计简单,一套硬件仅需改变软件就可适用于各种不同的电源应用。目前,MPS电源模块的构架包括两种:一种是将电感、芯片、高频去耦电容和树脂封装在一起的IC封装式模块,另一种则是带屏蔽罩式模块,且均整体通过了完整的芯片测试与QC认证。此外,MPS还为客户提供了一系列强大的技术支持,包括更有针对性的电源模块产品,更多的设计工具与参考设计,以简化用户设计的复杂度,使其更专注于产品的差异化设计。


      工艺封装的设计能力和集成能力是衡量电源技术供应商实力的一把标尺。BCD Plus专利工艺技术是MPS竞争优势的关键。许多传统的模拟半导体技术因无法有效整合大功率电源器件,而衍生许多限制,导致产品体积过大或功耗过高,进而引发散热问题。此问题必须有效处理,以避免损坏或降低系统整体的性能和效率。


      其他模拟半导体公司多数依赖多重芯片组合来避免此类问题,相比之下,MPS的BCD Plus工艺技术就能解决这些问题,MPS将这种独有工艺技术导入标准CMOS晶圆代工厂,将BiCMOS信号晶体管及高效率DMOS功率晶体管集成,使得公司能设计并制造出体积更小,效率更高,更精准的单晶片电源管理IC。除此之外,MPS的专有工艺技术简化了研发设计的流程,并可以被广泛的使用于多种模拟半导体产品的应用上,对于使用MPS产品的客户来讲,是可以大幅提高效率并增加成本优势的最佳选择。


      MPS AC-DC产品经理王斯然为工程师带来了中小功率隔离电源设计概要。针对工业常用的隔离电源需求,介绍不同的电源拓扑。并从反激型开关电源的基本工作原理出发,介绍电源主要元器件的参数设计,及PCB布局相关要点,结合MPS新型隔离开关电源方案,使工程师快速了解及掌握反激型隔离电源的设计方法及发展方向。


      在直流无刷电机驱动及磁编码器的原理与应用主题中,MPS应用工程师陆桢介绍了现有无刷电机的几种不同控制方案,包括步进电机,直流无刷电机方波控制,永磁同步电机(PMSM)的磁场定向矢量控制(FOC)方案等,并介绍了基于矢量控制技术的永磁同步电机控制方案,对现有控制结构做大概介绍。在MPS角度传感器与PMSM电机控制方案与应用环节,陆桢则介绍了MPS新型高速,高精度的霍尔传感器原理、优势及其应用,以及基于MPS新型角度传感器和FOC控制算法的PMSM电机控制方案以及应用系统的优点。最后对基于该电机控制方案而研发的机器人抛球装置进行系统和实物演示介绍。


      MPS现场应用工程师路环宇在DC-DC降压电源变换器及其设计应用环节中,详细介绍了 基于MPS DC-DC降压电源变换器,介绍了Buck电路工作原理、控制方式以及外围元器件参数设计、选型。同时,MPS提供DCDC designer软件设计助手,使得降压变换器设计非常简单。


      目前,中国已经成为MPS最重要,营收份额最大的市场。除电源技术外,MPS还在模拟器件、电机驱动、磁编码器等领域积极布局,旨在将自身打造成为高性能模拟器件的领先供应商,其涉及的应用领域涵盖工业、新兴市场(马达驱动、机车、无人机)、汽车电子(车载信息系统、车身电子、汽车照明)、高性能计算(笔记本、PC、服务器)等多个市场。


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