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AIoT聚焦垂直應用市場 Vicor兩大關鍵技術提供完整方案

Vicor應用工程師張仁程。

全球電子設備的市場成長動能近年來有了極大轉變,消費性市場的成長逐漸趨緩,取而代之的是製造、醫療、交通、軍事...等產業應用領域的興起,在此垂直應用中,IoT扮演了重要角色,2016年興起的AI與今年陸續商轉的5G,則讓IoT的功能再度強化,這些新技術的整合,也對系統中的電源管理帶來全新挑戰,Vicor應用工程師張仁程在「AIoT裝置之電源管理技術」議題中,就針對此裝置的電源架構趨勢、供電設計關鍵技術與設計方案,發表精彩演說。

張仁程指出,當AIoT裝置被應用在不同場域中,電源架構就會面臨幾項與過去截然不同的狀況,首先是電源的輸出入變動性將明顯擴大,有可能必須涵蓋12V、24V甚至是48V的電壓,其次是因AI加入導致功耗增加,對功率密度帶來挑戰。此外現在產品的體積縮小且整合性高,在單一設備空間中,功率元件必須解決EMI、低雜訊、散熱、功率重量比與高可靠性等挑戰,因此開發者無法再沿用過去的經驗與做法。

對於目前AIoT市場對高密度、高效率、重量輕、低雜訊的電源需求,現在市場已走向零電壓切換趨勢,目前Vicor的產品都已採用此設計,除此之外,該公司也研發出全新的電源拓樸Sine Amplitude Converter(SAC)。張仁程表示,零電壓開關技術其原理在開關導通讓電流通過之前讓開關汲極與源極兩側的電壓均等,進而減少或消除開關的電力損耗,並增加至少4倍的開關頻率,進而減少電磁元件尺寸。

張仁程進一步指出,SAC拓撲結構是一個處於BCM與VTM模組核心位置的動態、高效能引擎。SAC是以變壓器的串聯諧振基礎所設計的拓撲結構,在零交叉點開關,從而可消除開關中的功耗,提高效率,顯著減少高階雜訊諧波的產生,提供更乾淨的輸出雜訊頻譜,其高工作頻率讓模組可使用較小的變壓器來提高功率密度和效率。除了創新拓撲外,AIoT裝置的另一關鍵技術是Power on Package。過去大電流的供電元件因為尺寸大及干擾問題,與處理器有一段距離,不過在AIoT裝置中,處理器的電流增大造成更多配電損失及干擾,此一設計已成為系統效能的瓶頸所在,透過此技術則可解決此一問題。

針對上述的AIoT電源關鍵技術,張仁程表示Vicor已有完整Front end(前端)與POL(負載點)的對應產品。他列舉其中DCM3623與DCM2322兩大產品,DCM轉換器具有高頻率零電壓切換拓撲,可在輸入線路範圍內達到一致的高效率。Vicor DCM3623是隔離式穩壓DC轉換器,可透過未穩壓的寬廣範圍輸入運作,以產生隔離的3.3V?48 VDC輸出,尺寸為38.72x22.8mm重量只有24克,DCM2322則是較低功率的隔離式穩壓DC/DC 轉換器,尺寸小至24.84x22.8mm重量小至14.4克。此外Vicor 有AC-DC、HVDC to LVDC、ZVS Regulators、48-12V、48V direct to XPU、Power on Package等體積小、重量輕、功率密度高、散熱容易及高轉換效率產品,來實現高效電源設計需求。

張仁程表示,智慧化系統落地已開始加速,市場對電源的特殊需求也逐漸浮現,Vicor在此一領域已深耕多年,將可提供設備廠商高性價比解決方案,協助客戶解決新世代設備的電源設計挑戰。

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