Vicor如何用标准硅FET甩了GaN和SiC几条街的?

2019-08-23来源: 南山 Vicor关键字:Vicor  FET  GaN  SiC

目前,越来越多的应用系统对电源系统的功率密度及转换效率提出了更高的要求,在电源系统设计中,不仅功率密度是众多要素之一,其他比如电源系统架构、多种开关拓扑、电源模块和基于分立器件设计的封装技术,每一项都发挥重要的作用。此外,效率也是其中的一个要素,如配电网络 (PDN) 设计、达到负载点电压转换步骤的数量,以及转换器拓扑与磁性材料设计。对于众多工程师而言,提高功率密度与效率需要在电源系统设计中进行权衡。


破解损耗的难题

Vicor全球市场营销副总裁Phil Davies表示,近年来电源系统的一个巨大变化是:由于性能及功能要求的提高,负载功率需求也在不断攀升。工程师现在更频繁地发现,与其配电网络设计相关的损耗日趋严重,因而他们不得不转而采用更高的电压来降低I2R损耗,由此增加了电压转换器的压力,因为其必须在更大范围内工作。“例如,400V至48V或48V至1V,而非传统的12V配电。这些更高的PDN电压现在用于数据中心、汽车及工业系统。” Phil说,“如果采用传统转换器拓扑将48V转换为1V,通常意味着损失效率,因为传统的方式是典型两级转换,即从 48V到12V、然后再从12V到负载点。工程师必须在使用两个转换器(带来的密度挑战)还是采用改进的PDN(提高效率)两者之间进行权衡。”


image.png

图:Phil Davies,Vicor全球市场营销副总裁


Vicor为这些高难度设计挑战提供了领先的模块化电源解决方案。“我们拥有独特的电源系统架构、拓扑专利以及封装实力,并始终致力于为不断提高密度和效率而创新。” Phil说,“我们的解决方案消除了对密度和效率两者的权衡与折衷。”


image.png


Vicor通过其分比式电源架构、ZVS/ZCS(零电压、零电流开关)拓扑和正弦振幅转换器拓扑技术,为业界提供了最高的密度和效率。通过将高压直接转换成中间母线电压或负载点电压,Vicor的拓扑结构还消除了高成本的转换步骤。此外,该公司拥有专利的ChiP封装技术可实现高密度,而其集成型的磁性器件则可简化设计。“我们的产品不断最大限度地提高这些技术的优势,帮助我们为工程师提供解决方案,解决他们最艰巨的电源设计难题。” Phil说,“我们提供模块化解决方案,而不是一包零散部件,因此可简化电源系统设计任务。”


也正是因为Vicor有自己的高频率、独特的拓扑专利设计,因此他们可以继续使用标准硅FET,其优势仍远高于GaN和SiC这类高带隙电源器件——这类器件是依赖低频率PWM开关拓扑的电源公司的选择。


新的变化和挑战


眼下,数据中心、新能源汽车包括5G基站等新兴应用为电源系统设计带来了新的变化和挑战。比如在极高功率系统中采用48V PDN,甚至380V PDN,现已变得越来越普及。Phil表示,在数据中心领域,由于高性能计算和人工智能的出现,推动许多云数据中心的机架电源从传统10KW 增长至20KW 以上。在高性能计算数据中心,背板上的电源现在是两个48V服务器设计外加380V DC配电。


image.png


电源系统工程师现在面临几项挑战。Phil表示,以AI处理器电路板的电源设计为例,处理器电流的急剧上升始于2017年,客户希望为其AI GPU和ASIC提供500A、1V以下的严格稳压解决方案。这带来了一项非常艰巨的挑战:传统多相降压阵列密度不够,无法尽可能靠近处理器放置,也就是说稳压器和处理器之间会有大约200μΩ至400μΩ的PDN电阻。在500A和400μΩ的PDN电阻的情况下,电路板上会有100W的功耗。这就意味着,假设处理器功耗为400W,系统效率会因PDN的原因降至75%。由于PDN电阻和电流都很高,因此12V 多相解决方案无法满足性能需求。而随着处理器电流需求持续提升至1000至1500A峰值,需要全新的方法来显著降低PDN电阻以及相关电路板功率及效率损耗。


Vicor提供了一种方法——通过在封装产品上提供横向及纵向分比式电源,解决了这一极为艰巨的复杂难题。横向解决方案可将PDN电阻降至50μΩ,而纵向解决方案则可将其降至5μΩ。这样,在纵向供电情况下,一项1000A的GPU或ASIC电源设计在电阻为50μΩ时,会消耗5W的PDN电源。这一方法使得Vicor在AI处理器电源市场处于领先地位。


除了AI处理器,目前在电动或弱混汽车中也有许多需要转换的电压。“我们经常听客户说,他们在寻找1000V、800V、400V以及48V的极高功率转换器。” Phil说,“Vicor产品的密度、效率和重量优势引起了他们的高度关注。从上市时间和设计简化的角度来看,我们的模块化解决方案也被视为一项重大优势。


控制设计成本


在影响电源系统设计应用的诸多因素中,成本是“影响决策”最关键的一环。Phil认为,电源系统设计成本有许多不同的方面,可在开发期间针对上市时间、市场份额及系统质量进行判断。开发时间过长可能会导致成本增加:资源被当前项目占用会造成错失商机的成本,而竞争对手抢先占领市场则会降低市场份额。一旦系统投入市场,性能和质量都非常重要,因为大量的成本都与因质量差而退货、现场服务和客户流失有关。


举例来说,如果因为电源系统的低效率而导致系统效率低下,则设备可能会发热,使用寿命会非常有限。系统也会因使用庞大的散热管理系统来散热而变得非常笨重。“许多客户只会关注材料清单和设备成本。这是目光短浅的,根本没有考虑我提到的许多关键问题。” Phil说,“在开发和生产过程中以及整个生命周期,都必须考虑总体系统成本,以及可以实现的市场份额。这对于高性能产品来说非常重要。Vicor非常清楚每个模块单位电流或单位功耗的成本必须符合其所在市场的实际状况,而且由于Vicor产品的高密度,我们能够实现极具竞争力的模块成本。”


Phil表示,用户是否选用Vicor的产品和他们的需求密切相关:如果用户在空间和性能方面没有特别要求,可使用普通电源解决方案或每次都希望构建其自己的分立式电源系统,那Vicor就不适合他们。“我们提供的模块化解决方案不仅性能高、密度高,而且简单易用。” Phil说,“我们坚信,帮助客户以更高的系统性能为其解决方案实现差异化,这将为他们提供一项极具竞争力的优势。”


新兴市场前景广阔


目前,48V服务器、AI GPU和ASIC这类电源市场需求增长很快,Vicor在前者市场占有很大份额,在后者新兴市场占据主导地位。此外。弱混汽车开始采用48V配电系统,纯电动轻型车及汽车市场也存在巨大的商机,因此Vicor开始进入汽车市场,而自动驾驶汽车的兴起,进一步推动了Vicor的解决方案在深度学习应用数据中心市场以及推断计算汽车市场的需求。在5G系统方面,Vicor已经开始与几家通信公司合作——通信设备不仅有极大电流网络ASIC,而且正在向7nm和5nm节点发展,这就意味着核心电压会更低,有些会低至0.4V。


image.png


除了新兴市场,通用工业市场的电源系统正在从基本定制分立器件设计向模块化解决方案转变,越来越多的用户需要高密度和高性能。“今年晚些时候,Vicor将进入AC-DC市场,为单相和三相AC系统提供极高密度的模块化前端解决方案,这将为我们在许多市场和应用带来令人振奋的全新机遇。” Phil说,“我们的负载点效率不断提升。以每平方毫米安培为单位进行电流密度测量,目前Vicor的密度是最接近的竞争对手的3倍!就前端而言,以每立方英寸瓦特为单位进行测量,Vicor某些产品的功率密度是最接近的竞争对手的10倍!我们正在和全球各大公司合作,逐年扩大客户群。我坚信,Vicor的未来无限美好!”


关键字:Vicor  FET  GaN  SiC 编辑:baixue 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/dygl/ic472324.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:​详解SiC在EV/HEV中的价值,以及如何更好的发挥其价值
下一篇:PI PowiGaN引爆充电市场,GaN商业化时代已到来

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

Vicor 推出隔离式、稳压 DC-DC 模块的全新低功耗 DCM2322 系列
高功率密度、轻量级和易用性是为广泛机器人、无人机、轨道交通、通信和国防、航空航天应用设计隔离式稳压 DC-DC 转换器系统时必须考虑的关键因素。最新 DCM2322 ChiP 系列是 Vicor DCM3623 系列的低功耗版本,可充分满足这些重要需求。 最新系列采用 22 x 23 x 7 毫米 ChiP 封装,可为工程师提供 43 — 154V、14 — 72V 以及 9 — 50V 的宽输入电压范围,其功率级从 35 到 120W 不等,效率高达 90.5%。Vicor DCM 采用高频率、零电压开关拓扑,可实现业界领先的散热及电气性能,其功率密度比同类 DC-DC 转换器高 5 倍。 封装尺寸:0.97
发表于 2019-10-09
Vicor分比式架构电源助力Phasor实现超高密度天线
日前,卫星天线创业企业Phasor与Vicor合作,为该公司的新系统开发电源解决方案,该系统提供移动前无法实现的连接速度和带宽,这一切都得益于Vicor的分比式架构FPA,Factorized Power Architecture,可在低电压下提供极高电流以确保移动通信的可靠性。Phasor的模块化天线系统厚度小于1.5英寸,与传统40cm到1m的抛物面天线相比尺寸要小得多,因此Phasor的产品需要更高功率密度的电源模块,而Vicor的FPA架构可以同时满足小尺寸及高功率密度的要求。Vicor的FPA封装产品包括预调节器模块(PRM)和电压转换模块(VTM)/电流倍增器,它们共同提供完整的,稳压的隔离式DC-DC
发表于 2019-09-19
Vicor分比式架构电源助力Phasor实现超高密度天线
Vicor将在北京、深圳和上海举办高性能电源转换技术研讨会
设计高性能电源系统的复杂性逐年增加。为高性能电源转换部署可靠的设计方法,对于实现一次性成功以及满足新兴技术快速变化的电源需求至关重要。Vicor 作为高性能模块化电源系统的创新者从 2019 年 9 月 17 日起,将在 8 个国家、12 座城市举办的 2019 高性能电源转换技术研讨会上分享专业技术。研讨会免费开放,包括一场主题演讲,以及专业技术分享和互动,识别常见的误区并提供获得成功高性能电源系统设计的方法指导。内容丰富、实用性强,您将学习到以下方面的全新的技术:降低EMI 、热建模、PCB 布局、DC-DC 设计以及实施 AC-DC 前端等。研讨会将采用真实案例来阐述目前的电源设计挑战。 参会对象: AC-DC
发表于 2019-09-17
Vicor将在北京、深圳和上海举办高性能电源转换技术研讨会
闪耀ODCC——Vicor展示其最新 48V 电源模块创新技术
ODCC 峰会是中国主要的数据中心盛会,将领先的云计算及高性能计算专家齐聚一堂,共同讨论高级技术和行业挑战。在今年的活动中,Vicor 展示了其最新的 AC 及 HVDC 至 48V 和 48V 至负载的电源模块,这些模块为当今最具挑战性的数据中心电源问题提供了解决方案。“人工智能正在推动数据中心和高性能计算快速变革。需要更高的处理器速度来支持 AI 机器学习,这推动 XPU 所需的电源实现了相应的增长。虽然支持 GPU 的业界领先计算系统使用 48V 提高电源功能和总体系统效率,但许多系统仍然依赖原有 12V 基础架构和 12V 负载。Vicor 开发了可降低配电损耗并提高效率的 48V 解决方案,NBM 可实现从 12V
发表于 2019-09-06
闪耀ODCC——Vicor展示其最新 48V 电源模块创新技术
Vicor 将在开放式数据中心委员会峰会上展示其最新 48V 电源模块创新技术
ODCC 峰会是中国主要的数据中心盛会,将领先的云计算及高性能计算专家齐聚一堂,共同讨论高级先进技术和行业挑战。在今年的活动中,Vicor 将展示其最新的 AC 及 HVDC 至 48V 和 48V 至负载的电源模块,这些模块为当今最具挑战性的数据中心电源问题提供了解决方案。服务器机架电源需求随高级人工智能运算的加入而急剧增加。为此Vicor 开发了可降低配电损耗并提高效率的 48V 解决方案。此外,Vicor 还将展示其双向 48V 至 12V 及稳压 48V 至 12V 模块的最新产品,包括新一代普及型 NBM2317 固定比率转换器和 DCM3717 稳压转换器(采用 37x17 毫米封装,支持高达 900W 的功率
发表于 2019-08-21
Vicor 将在开放式数据中心委员会峰会上展示其最新 48V 电源模块创新技术
同类最佳的超级结MOSFET和 具成本优势的IGBT用于电动汽车充电桩
插电式混合动力/电动汽车(xEV)包含一个高压电池子系统,可采用内置的车载充电器(OBC)或外部的充电桩进行充电。充电(应用)要求在高温环境下具有高电压、高电流和高性能,开发高能效、高性能、具丰富保护功能的充电桩对于实现以尽可能短的充电时间续航更远的里程至关重要。常用的半导体器件有IGBT、超结MOSFET和碳化硅(SiC)。安森美半导体为电动汽车OBC和直流充电桩提供完整的系统方案,包括通过AEC车规认证的超级结MOSFET、IGBT、门极驱动器、碳化硅(SiC)器件、电压检测、控制产品乃至电源模块等,支持设计人员优化性能,加快开发周期。本文将主要介绍用于电动汽车直流充电桩的超级结MOSFET和具成本优势的IGBT方案
发表于 2019-10-18
同类最佳的超级结MOSFET和 具成本优势的IGBT用于电动汽车充电桩
小广播
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved