芯耀
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工業(yè)應用正在加速向48V供電網絡（PDN）過渡，這一趨勢的背后是48V架構在效率、功率密度和系統(tǒng)性能上的顯著優(yōu)勢。
相較于傳統(tǒng)的12V系統(tǒng)，48V架構能夠在相同功率下大幅降低電流，從而減少布線中的能量損耗（PR損耗），并允許使用更細、更輕的導線，降低系統(tǒng)成本和重量。
此外，48V架構能夠為高功率需求的設備提供更強的電力支持，滿足現代工業(yè)設備對高性能和復雜功能的需求。
圖 | Vicor工業(yè)應用工程團隊總監(jiān)Tom Curatolo（右三）
對此，Vicor工業(yè)應用工程團隊總監(jiān)Tom Curatolo表示認同，并圍繞多個高需求領域現身說法，包括測試系統(tǒng)、機器人、無人機等。
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測試系統(tǒng)領域正面臨48V PDN改造陣痛期
業(yè)界希望將電池化成與測試（BFT）和半導體自動化測試設備（ATE）等增長型應用迅速過渡到 48V PDN 以獲得競爭優(yōu)勢，但現有的 12V 電源轉換投資成了阻礙。例如，一些 BFT 系統(tǒng)已經過優(yōu)化用于將 12V 轉換為電池芯負載，難以改造為 48V。
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機器人的高負載能力正在倒逼電源系統(tǒng)可擴展
隨著功能的不斷增加，機器人需要更強大的電源來支持更多的傳感器、攝像頭、無線技術和計算能力。小巧輕便的電源模塊為機器人技術的發(fā)展提供了有力支持。如今，許多機器人采用48V電源架構，以優(yōu)化整體性能并提升功率密度，這對于制造高性能移動機器人至關重要。
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無人機對電源系統(tǒng)負載能力和續(xù)航時間提出差異化需求
無人機技術在商業(yè)和國防領域的應用不斷拓展，無論是系留還是非系留系統(tǒng)，都對電源設計提出了更高要求。例如，在系留無人機中，為減輕系線重量，工程師通過提高傳輸電壓（如從48V提升至800V）來降低電流，從而減少功率損耗和電壓降。
在搜救和遠程探索任務中，無人機廣泛用于運送救生物資，這需要更大的有效載荷能力，因此電源系統(tǒng)必須具備高功率密度和輕量化設計。
而監(jiān)視無人機則更注重航程和遠程飛行能力，其電源設計需在減小重量的同時，滿足長時間飛行的需求。
對于以上需求，Vicor都能提供更優(yōu)的解決方案，包括可以將高壓（800V 和 400V）轉換為 48V的BCM? 高壓固定比率母線轉換器系列，以及最新推出的功率范圍從750W到2kW，功率密度最高可達5kW/in3的穩(wěn)壓 48V 至 12V DCM? DC-DC 轉換器系列等。
圍繞本文中重點討論的穩(wěn)壓48V 至 12V DC-DC 轉換器需求，本次Vicor重點推出了三個不同型號的產品，分別為DCM3717S60E13G5TN1（750W）和 DCM3717S60D13K0TN1（1000W）和DCM3735S60D13L0TN1（2000W），其中前兩個型號已經開始供貨，后者將于今年晚些時候上市。
圖 | DCM3717和DCM3735示意圖
根據Tom Curatolo的介紹，這幾款全新 DCM 產品均為非隔離穩(wěn)壓 DC-DC 轉換器，工作輸入電壓范圍為 40-60V，穩(wěn)壓輸出電壓為10-12.5V可調；滿負載最高轉化效率均超過96%；最大功率密度更是高達 5kW/in3，甩掉市場同級別競品好幾條街； 5.2mm 的薄型 SM ChiP? 表面貼裝封裝具備出色的熱適應性，在簡化熱管理系統(tǒng)設計的同時，具有顯著的尺寸和重量優(yōu)勢。
為何DCM功率密度能高達 5kW/in3？
Tom Curatolo告訴與非網，Vicor CEO Patrizio Vinciarelli是一位物理學家，Vicor所推出的產品是基于CEO的專利設計出來的，包括此次推出的DCM產品所采用的零電壓開關技術，也源自Vicor，Vicor的專利過期后，當前市場上也有其他廠商在使用該技術；此外，DCM產品采用了獨特的自研拓撲——正弦振幅轉換器（SAC，Sine Amplitude Converter）拓撲，這種拓撲結構以其高效率、高功率密度和優(yōu)異的瞬態(tài)響應性能而聞名，特別適用于高壓到低壓的轉換場景，Vicor的BCM系列就是最佳案例；還有一點很重要，在DCM產品中，Vicor采用了GaN器件，進一步提升了電源模塊的效率和功率密度。
圖 | DCM產品封裝厚度僅為5.2mm
同時，以上因素也為DCM封裝可以做到5.2mm如此之薄提供了條件。值得一提的是，由于DCM采用了MHz以上的高頻開關，其相應的電容和電感就可以減小，從而也為DCM產品的輕薄做了貢獻。
當然了，在很多采用開關電源的電源系統(tǒng)設計中，常會考慮高頻開關帶來的高頻噪聲問題。對此，Tom Curatolo透露：“DCM產品不必太擔心這個問題，因為它采用的是前面提到的零電壓開關技術，所以本身諧波就很少；而且DCM采用了金屬外殼封裝，所以EMI問題也就在物理層面被隔絕在內了；此外，由于頻率很高，EMI處理中所采用的濾波電容尺寸也可以減小?！?/p>
在系統(tǒng)功率方面，以上提到的三個型號的全新DCM產品可以通過并聯(lián)，快速擴展系統(tǒng)功率水平。并且Tom Curatolo提到，這種并聯(lián)并沒有數量限制。
而當筆者對大量并聯(lián)后的散熱問題提出疑問時，Tom Curatolo表示：“當前市場上針對電源產品散熱的方式有三種，即風冷、外殼散熱和液冷，這三種方式同樣適用于DCM產品，并且在實踐中，也確實如此。比如在數據中心應用中，我們有客戶采用了液冷的方式對高密集并聯(lián)的DCM產品進行散熱?！?/p>
“其實對于元器件而言，有熱量不可怕，可怕的是熱量聚集，不能被傳導出去，從而帶來器件的熱保護或熱失效。而DCM采用了金屬外殼，可以有效地減少內阻，從而很好地將熱量從內部向外導出，因此并不害怕大規(guī)模的并聯(lián)設計?！?Vicor中國總經理Kevin Ni補充道。
綜上，Vicor作為擁有世界上第一家ChiP（封裝級轉換器）制造工廠的廠商，其電源產品在高端市場上具備較強競爭力。
據悉，為了因應汽車、HPC這兩大領域的最新需求，2022年Vicor擴建了8000多平米的工廠，一方面是為了進一步擴大產能，另一方面是為了將原來外包的電鍍，收回來自己做，從而實現更佳的品控。
