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工業(yè)應(yīng)用正在加速向48V供電網(wǎng)絡(luò)（PDN）過(guò)渡，這一趨勢(shì)的背后是48V架構(gòu)在效率、功率密度和系統(tǒng)性能上的顯著優(yōu)勢(shì)。
相較于傳統(tǒng)的12V系統(tǒng)，48V架構(gòu)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(xì)、更輕的導(dǎo)線，降低系統(tǒng)成本和重量。
此外，48V架構(gòu)能夠?yàn)楦吖β市枨蟮脑O(shè)備提供更強(qiáng)的電力支持，滿足現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備對(duì)高性能和復(fù)雜功能的需求。
圖 | Vicor工業(yè)應(yīng)用工程團(tuán)隊(duì)總監(jiān)Tom Curatolo（右三）
對(duì)此，Vicor工業(yè)應(yīng)用工程團(tuán)隊(duì)總監(jiān)Tom Curatolo表示認(rèn)同，并圍繞多個(gè)高需求領(lǐng)域現(xiàn)身說(shuō)法，包括測(cè)試系統(tǒng)、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等。
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測(cè)試系統(tǒng)領(lǐng)域正面臨48V PDN改造陣痛期
業(yè)界希望將電池化成與測(cè)試（BFT）和半導(dǎo)體自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備（ATE）等增長(zhǎng)型應(yīng)用迅速過(guò)渡到 48V PDN 以獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)有的 12V 電源轉(zhuǎn)換投資成了阻礙。例如，一些 BFT 系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)優(yōu)化用于將 12V 轉(zhuǎn)換為電池芯負(fù)載，難以改造為 48V。
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機(jī)器人的高負(fù)載能力正在倒逼電源系統(tǒng)可擴(kuò)展
隨著功能的不斷增加，機(jī)器人需要更強(qiáng)大的電源來(lái)支持更多的傳感器、攝像頭、無(wú)線技術(shù)和計(jì)算能力。小巧輕便的電源模塊為機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提供了有力支持。如今，許多機(jī)器人采用48V電源架構(gòu)，以優(yōu)化整體性能并提升功率密度，這對(duì)于制造高性能移動(dòng)機(jī)器人至關(guān)重要。
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無(wú)人機(jī)對(duì)電源系統(tǒng)負(fù)載能力和續(xù)航時(shí)間提出差異化需求
無(wú)人機(jī)技術(shù)在商業(yè)和國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展，無(wú)論是系留還是非系留系統(tǒng)，都對(duì)電源設(shè)計(jì)提出了更高要求。例如，在系留無(wú)人機(jī)中，為減輕系線重量，工程師通過(guò)提高傳輸電壓（如從48V提升至800V）來(lái)降低電流，從而減少功率損耗和電壓降。
在搜救和遠(yuǎn)程探索任務(wù)中，無(wú)人機(jī)廣泛用于運(yùn)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(shè)計(jì)。
而監(jiān)視無(wú)人機(jī)則更注重航程和遠(yuǎn)程飛行能力，其電源設(shè)計(jì)需在減小重量的同時(shí)，滿足長(zhǎng)時(shí)間飛行的需求。
對(duì)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(zhuǎn)換為 48V的BCM? 高壓固定比率母線轉(zhuǎn)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(dá)5kW/in3的穩(wěn)壓 48V 至 12V DCM? DC-DC 轉(zhuǎn)換器系列等。
圍繞本文中重點(diǎn)討論的穩(wěn)壓48V 至 12V DC-DC 轉(zhuǎn)換器需求，本次Vicor重點(diǎn)推出了三個(gè)不同型號(hào)的產(chǎn)品，分別為DCM3717S60E13G5TN1（750W）和 DCM3717S60D13K0TN1（1000W）和DCM3735S60D13L0TN1（2000W），其中前兩個(gè)型號(hào)已經(jīng)開(kāi)始供貨，后者將于今年晚些時(shí)候上市。
圖 | DCM3717和DCM3735示意圖
根據(jù)Tom Curatolo的介紹，這幾款全新 DCM 產(chǎn)品均為非隔離穩(wěn)壓 DC-DC 轉(zhuǎn)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(diào)；滿負(fù)載最高轉(zhuǎn)化效率均超過(guò)96%；最大功率密度更是高達(dá) 5kW/in3，甩掉市場(chǎng)同級(jí)別競(jìng)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(yīng)性，在簡(jiǎn)化熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，具有顯著的尺寸和重量?jī)?yōu)勢(shì)。
為何DCM功率密度能高達(dá) 5kW/in3？
Tom Curatolo告訴與非網(wǎng)，Vicor CEO Patrizio Vinciarelli是一位物理學(xué)家，Vicor所推出的產(chǎn)品是基于CEO的專(zhuān)利設(shè)計(jì)出來(lái)的，包括此次推出的DCM產(chǎn)品所采用的零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)，也源自Vicor，Vicor的專(zhuān)利過(guò)期后，當(dāng)前市場(chǎng)上也有其他廠商在使用該技術(shù)；此外，DCM產(chǎn)品采用了獨(dú)特的自研拓?fù)洹?strong>正弦振幅轉(zhuǎn)換器（SAC，Sine Amplitude Converter）拓?fù)?/strong>，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以其高效率、高功率密度和優(yōu)異的瞬態(tài)響應(yīng)性能而聞名，特別適用于高壓到低壓的轉(zhuǎn)換場(chǎng)景，Vicor的BCM系列就是最佳案例；還有一點(diǎn)很重要，在DCM產(chǎn)品中，Vicor采用了GaN器件，進(jìn)一步提升了電源模塊的效率和功率密度。
圖 | DCM產(chǎn)品封裝厚度僅為5.2mm
同時(shí)，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(kāi)關(guān)，其相應(yīng)的電容和電感就可以減小，從而也為DCM產(chǎn)品的輕薄做了貢獻(xiàn)。
當(dāng)然了，在很多采用開(kāi)關(guān)電源的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，常會(huì)考慮高頻開(kāi)關(guān)帶來(lái)的高頻噪聲問(wèn)題。對(duì)此，Tom Curatolo透露：“DCM產(chǎn)品不必太擔(dān)心這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗捎玫氖乔懊嫣岬降牧汶妷洪_(kāi)關(guān)技術(shù)，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(wèn)題也就在物理層面被隔絕在內(nèi)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(gè)型號(hào)的全新DCM產(chǎn)品可以通過(guò)并聯(lián)，快速擴(kuò)展系統(tǒng)功率水平。并且Tom Curatolo提到，這種并聯(lián)并沒(méi)有數(shù)量限制。
而當(dāng)筆者對(duì)大量并聯(lián)后的散熱問(wèn)題提出疑問(wèn)時(shí)，Tom Curatolo表示：“當(dāng)前市場(chǎng)上針對(duì)電源產(chǎn)品散熱的方式有三種，即風(fēng)冷、外殼散熱和液冷，這三種方式同樣適用于DCM產(chǎn)品，并且在實(shí)踐中，也確實(shí)如此。比如在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，我們有客戶采用了液冷的方式對(duì)高密集并聯(lián)的DCM產(chǎn)品進(jìn)行散熱?！?/p>
“其實(shí)對(duì)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(dǎo)出去，從而帶來(lái)器件的熱保護(hù)或熱失效。而DCM采用了金屬外殼，可以有效地減少內(nèi)阻，從而很好地將熱量從內(nèi)部向外導(dǎo)出，因此并不害怕大規(guī)模的并聯(lián)設(shè)計(jì)?！?Vicor中國(guó)總經(jīng)理Kevin Ni補(bǔ)充道。
綜上，Vicor作為擁有世界上第一家ChiP（封裝級(jí)轉(zhuǎn)換器）制造工廠的廠商，其電源產(chǎn)品在高端市場(chǎng)上具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。
據(jù)悉，為了因應(yīng)汽車(chē)、HPC這兩大領(lǐng)域的最新需求，2022年Vicor擴(kuò)建了8000多平米的工廠，一方面是為了進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能，另一方面是為了將原來(lái)外包的電鍍，收回來(lái)自己做，從而實(shí)現(xiàn)更佳的品控。
