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在全球追求產品效能的大背景下,在電源領域傳統硅功率半導體正逐漸面臨發展瓶頸,而具有比硅更低導通電阻及更高切換速度的氮化鎵,近幾年成為眾所矚目的焦點。電源領域是目前氮化鎵功率器件最大的應用市場,電源管理市場將迎來大變革時代。
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伴隨著無線充電技術這個新增長點,無線充電解決方案基本上都是感應式或基于諧振線圈的無線連接,是零距離接觸而且要求被充設備必須落在諧振線圈有效感應范圍之內,由于感應線圈的成本很貴,目前無線充電解決方案成本還很難做下來。
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而大部分是通過適配器從墻壁插座進行供電。通過去除所有接口,設備可更容易實現密封,這有助于設備的堅固耐用,同時可使消費者受益,這是因為五分之一的智能手機曾意外掉落在液體中。無線充電的最大優點是擺脫了體積龐大的充電適配器。
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總體來說,無線充電解決方案通常有三個關鍵元件: 適配器/充電器、發射器和接收器,如下所示。
適配器對市電進行轉換,并將5 - 20 VDC穩壓電源傳輸給原邊/發射器。適配器通常是與發射器通過電線連接的獨立設備,它們也可以整合在一個單元里。
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市場
射器包含一個基于MOSFET的半橋或全橋逆變器,將直流電轉換成交流電并產生交變磁場。逆變器由微控制器和相關MOSFET驅動器控制,以提供無線感應充電所需的靈活性和功能。
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D類和E類是諧振應用的兩種流行拓撲結構。雖然在許多方面非常相似,但兩種方法的優點略有不同,使得這兩種方法適用于不同的應用。
諧振應用的D類拓撲結構
D類無線充電通過全橋拓撲結構實現。也可以使用半橋拓撲結構。D類在寬負載范圍內提供幾近平坦的效率曲線,因此適用于通用無線充電站,例如在各種設備均可充電的公共場所。這種方法適用于廣泛的功率等級。
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技術
從傳統半導體材料來看,氮化鎵(GaN)作為第三代半導體材料,具有寬帶隙、直接帶隙、高電子漂移速度、高熱導率、耐高電壓、耐高溫、抗腐蝕、抗輻射等突出優點,在制作高溫、大功率、高頻和抗輻照電子器件方面具有得天獨厚的優勢。
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氮化鎵功率器件在性能、效率、能耗、尺寸等多方面比市場主流的硅功率器件均有顯著數量級的提升。例如,相比主流的硅基MOSFET、IGBT,氮化鎵功率器件的開關頻率可以高出1000倍;能量損耗可以降低50%-90%;每瓦尺寸和重量降至原先的1/4,系統成本可以大幅降低。
氮化鎵功率器件的應用分為兩大塊,一是通訊微波的功率放大,二是電源管理,而且電源管理市場相當龐大,小從LED燈泡內的電源模塊,大到手機、筆記本電腦、家電甚至電動車的電源。
方案
LED調光引擎:基于8位MCU的開關模式可調光LED驅動器解決方案
從另一個方面,快充技術領域發展的如火如荼,然而企業各自為營的背后,快充發展面臨著握手協議不一、產品互不兼容的難題,USB PD3.0協議更新給快充標準一統帶來了極大利好。
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為了規范快充標準,加速快充技術的商用與發展,今年年初,USB-IF(USB標準化組織)在原有USB PD2.0/3.0的基礎上,通過與高通、泰爾實驗室及國內主流手機廠商多方溝通,正式發布了USB PD3.0協議V1.1重要更新,旨在一統快速充電技術規范的PPS(Programmable Power Supply)由此問世,以實現對高通QC4.0/3.0、聯發科PE3.0/2.0、華為FCP/SCP及OPPO VOOC等快充方案的收編;同時規范了新版本的USB接口將不允許通過非USB-PD協議來進行電壓調整。
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此外,谷歌亦在Android7.0 OEM規范中強調,快充技術必須支持USB-PD協議。這兩個新規范的出現,為快充技術的正向發展從硬件和軟件層面上了道“雙保險”。
高端訪談
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在電源芯片上,Dialog的自適應直充解決方案DA9318也應運而生,它可以提供98%的轉換效率,與適配器端的iW1781、iW676和最新iW656相配合,Dialog可以為智能手機制造商提供效率最高、發熱最小和安全性能最佳的端到端快充解決方自案。
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Dialog半導體公司高級副總裁兼移動系統業務部總經理Udo Kratz說:“Dialog在快速充電領域的領先技術使我們能夠推出業內首創的DA9318充電電源轉換器系列。該器件與我們的iW656 USB-PD電源適配器接口IC相結合,Dialog現已提供具有突破性效率和顯著節省成本的完整墻到電池快速充電解決方案。另外,我們的效率提升和超過18種集成的安全特性也使發熱量下降,實現更安全的消費類應用。”
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隨著數字電源管理不斷進步,分體式電源結構的日益增加,式裝置的小型化、多功能的發展趨勢是電源管理技術發展的原動力,從簡單的電源管理安全,到快速充電及火爆的無線充電,都是未來的大趨勢。
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