llc同步整流芯片的缺点

llc同步整流芯片的缺点,第1张

在电源设计中,为提高能效,通常采用同步整流,即用mosfet取代二极管整流器,从而降低整流器两端压降和导通损耗,提供更高的电流能力,实现更高的系统能效。然而,传统的同步整流在用于llc谐振转换器时,会有不少的技术挑战,如:1) 由于不同工作频率造成最小导通时间设置的困难2) 由于杂散电感造成过早的同步整流关断,导通损耗增加3) 轻载条件下由于电容电流尖峰导致同步整流电流反向,最终对系统产生不良影响。安森美半导体最新推出的同步整流控制器fan6248,优化用于llc谐振转换器,完美地解决上述挑战,适用于高能效服务器和台式电脑电源、大屏液晶电视及显示器电源、网络和电信电源、高功率密度适配器、高功率led照明等等。

     传统的同步整流用于llc谐振转换器的技术挑战

     1、最小导通时间设置的困难

     最小导通时间用以避免杂讯的干扰。谐振电路的工作频率会因轻载和重载而有所不同。若根据重载条件设置最小导通时间,会因轻载时的最小导通时间太大而延迟关断同步整流反之,则会因重载时的最小导通时间太小,由开关噪声导致异常关断。因此,需要自调节的最小导通时间解决这一挑战。

      2、杂散电感的影响

      器件采用不同的封装会有不同的杂散电感,而杂散电感会导致同步整流关断时的正偏置vls,过早的关断同步整流,固定的关断阈值电压导致较长的本体二极管导通,增加导通损耗。因此,需要自调节的关断阈值电压。

      3、在轻载条件下同步整流电流反向

      由于在轻载条件下,谐振电容电压幅值不是足够大,激磁电流向谐振电容充电,在充电器件mosfet开关转换产生电容电流尖峰,导通同步整流电流延迟,如果在转换期间由电容电流尖峰开启同步整流,会导致同步整流电流反向。因此,需要自调节的延迟开启同步整流。

      为了解决上述挑战,安森美半导体推出先进的同步整流控制器fan6248。

      fan6248具有反击穿保护特性,确保可靠的同步整流,其独特的自调节死区时间控制补偿寄生电感以保持恒定的死区时间,而不受输出负载和杂散寄生电感的影响,这有助于最小化本体二极管导通和最大化能效。轻载时当电容电流足以预先导通mosfet时,fan6248检测到同步整流器的电流反向。通过增加在轻载条件下的导通延迟,可避免这样的运行模式,提供安全、稳定和高效的工作。fan6248有一个自调节最小导通时间电路,以更好地抗噪。它有两个同步整流mosfet门极驱动,专用的100 v 额定输入用于检测各同步整流 mosfet的漏源电压。支持达700千赫的高频工作。节能模式下的工作电流低,典型值350 ua。工作电压范围4.5 v至30 v。10.5 v的高驱动输出电压可驱动所有mosfet频段到最低的导通电阻。图1所示为fan6248的典型应用电路,在初级端有一个llc控制器。在次级端,配置非常简单,包含一个fan6248控制器和2个外置电阻,在噪声严重的系统中可能需要再添加2个电容。因此,fan6248是个高度集成的控制器,需要最少的外部元件。

      fan6248采用的同步整流关断算法基于混合式控制,利用检测mosfet的漏极节点收到的即时信息和前一周期的信息,以维持最小的死区时间200 ns,获得最佳的能效。该实施可易于用一个简化的电路进行分析,其中关断事件是通过对比漏极电压与一个虚拟的关断阈值vth off来确定。

      1、自调节死区时间控制

      当死区时间超过预期的200纳秒,fan6248内部会自动调低补偿电压voffset,从而提高虚拟的vth off阈值,延长同步整流导通时间,和减少死区时间至接近200 ns。反之,当死区时间少于200纳秒,比较器虚拟的阈值vth off降低,从而缩短同步整流导通时间,和增加死区时间至接近200 ns。因此,该算法使死区时间保持在约200纳秒,而不受输出负载和寄生电感的影响。

      2、自调节最小导通时间控制

      为避免杂讯干扰,同步整流会定义最小导通时间。fan6248有自适应最小导通时间电路。控制器设置的最小导通时间为上一个周期导通时间的50%。在此间隔期内忽略关断触发。

      轻载时,寄生效应引起的电容电流尖峰会导致mosfet被过早激活而误触发同步整流,产生从输出电容器流回同步整流器的反向电流。fan6248控制器增加了轻载时的导通延迟,当检测到电流反向,导通延迟将由满载时的80纳秒增加至轻载时的380纳秒,以避免误触发同步整流和电流反向。

      当在超过240微秒(ha、hb版本)或420微秒(la、lb版本)的一段时间没有检测到开关,fan6248进入节能模式运行。在节能模式下,控制器停止所有开关工作,以减小工作电流和降低功耗,该模式下的工作电流是350 ua。当检测到11个连续的开关周期时,同步整流驱动脉冲再次启用。

       fan6248分为ha和hb两个系列:ha版本的vth off设定在130 mv或228 mv,用于采用较大封装如to220或d2pak的同步整流mosfethb版本的vth off设定在100 mv或175 mv,用于采用较小封装如pqfn或dpak的同步整流mosfet。

      能效测试,我们对fan6248进行了能效测试,其中vin=390 vdc,vout=12 vdc,初级控制器采用ncp1399,满载时频率为110 khz,从测试波形可看到,系统在满载、75%负载、50%负载和25%负载的4个点的平均能效高达96.29%。

     安森美半导体的同步整流控制器fan6248解决了传统的同步整流的技术挑战:专有的自调节死区时间控制可保持恒定的死区时间(200 ns),不受杂散电感的影响,可采用极小导通电阻的同步整流mosfet,最大限度地减少本体二极管导通,最大化系统的电源能效。反击穿控制确保可靠的同步整流工作。自调节最小导通时间可提供更高抗噪性。其电流反向检测能防止误触发和电流反向,确保轻载时安全和稳定的工作。节能模式下工作电流低实现待机模式低功耗。小封装(soic 8引脚)可减少占板空间和降低成本。强大的门极驱动能力可实现达800 w的高功率系统设计。

2021年一季度净利润增幅方面,100家半导体公司在净利润方面实现同比增长(包含同比增长、扭亏为盈、亏损收窄),占比达到83.33%。

其中,净利增幅超过100%的半导体公司有54家,占比为45%;净利增幅在0~100%(含)的企业25家;

一季度净利润增幅超100%的半导体公司(上)

国内罕有的IDM龙头企业,集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试多个产业链于一身,这一模式在当前国内颇为稀缺,其系国内最大IDM集成电路企业。

其技术与产品已经成功覆盖了消费类产品的众多领域,在多个技术领域保持了国内领先的地位,如绿色电源芯片技术、MEMS传感器技术、LED照明和屏显技术、高压智能功率模块技术、第三代功率半导体器件技术、数字音视频技术等。

公司是国内领先的电源管理驱动类芯片设计企业之一,主营业务为电源管理驱动类芯片的研发与销售。目前产品主要包括LED照明驱动芯片、电机驱动芯片等电源管理驱动类芯片。其中主要产品为led照明驱动芯片,被誉为LED照明产品的心脏。

公司的电源芯片驱动类产品覆盖了下游所有的大型LED照明厂商,如飞利浦、欧普照明、雷士照明、阳光照明、三雄极光等,并于他们建立了长期的合作关系。

主营业务为单晶硅材材料、硅零部件、半导体级大尺寸硅片及其应用产品的研发、生产和销售。

公司研发的核心技术“热系统封闭技术”、“晶体生长稳态化控制技术”、“多段晶体电阻率区间控制技术”达到业内先进水平。

公司已掌握了包含8英寸半导体硅抛光片在内的半导体硅抛光片生产加工核心技术;大多数的技术指标和良率已经达到或基本接近业内一流大厂的水准;

国内少数能量产OLED检测设备的龙头设备公司;公司占据大市场份额,中段设备已经实现规模销售,前段设备部分产品实现销售,是行业内少数几家能够提供平板显示三大制程检测设备的公司;

OLED需要的检测设备更多,一般是LCD的1.5-2倍;客户为国内外大型平板显示商

主要从事集成电路专用测试设备的研发、生产和销售,是一家致力于提升我国集成电路专用测试技术水平、积极推动集成电路装备业升级的国家高新技术企业和软件企业。

公司掌握集成电路测试设备的相关核心技术,是国内为数不多的可以自主研发、生产集成电路测试设备的企业。

主营业务为微处理器芯片、智能视频芯片及整体解决方案的研发和销售及存储芯片和模拟芯片的研发和销售。

公司为集成电路设计企业,成立以来在嵌入式CPU、视频编解码、影像信号处理、神经网络处理器、AI算法等领域持续投入,形成自主创新的核心技术;

基于这些核心技术,公司推出了微处理器芯片和智能视频芯片两条产品线。公司自主创新的核心技术和产品突出的性价比优势,使公司的市场销售在近几年来一直保持了良好的发展势头。

高性能模拟及数模混合集成电路设计企业;主营业务为高性能模拟及数模混合集成电路的设计研发、封装、测试和销售,主要产品包括电源管理、LED控制及驱动、MOSFET以及各类ASIC等芯片,产品广泛应用于各类终端电子产品之中;

手机芯片在快充市场较竞争对手先发优势明显;推出业内集成MOS且通过PD3.0认证的PD控制器芯片;

国内最早从事高端靶材、特种稀土功能材料、高性能光电材料研究和生产的企业;有研稀土磁粉产品已形成多个系列高性能耐热磁粉产品牌号;

主营业务围绕北斗卫星导航应用的“元器件-终端-系统”产业链提供产品和服务,主要产品包括北斗卫星导航应用关键元器件、高性能集成电路、北斗卫星导航终端及北斗卫星导航定位应用系统;供应的北斗导航终端关键元器件;

主营业务微波器件、混合集成电路及相关组件、及复杂电磁环境下进行电子战的超宽带信号处理微系统的设计、开发、生产、销售与服务;通信天线、射频设备、整体解决方案的研发、生产和销售。

打印机兼容耗材处于全球细分行业的龙头地位;奔图激光打印机处于中国信息安全打印机领先地位;

利盟激光打印机处于全球中高端激光打印机领先地位;集打印复印整机设备、打印耗材、各种打印配件、打印管理服务于 一体的打印综合解决方案提供商;

主营业务包含研发设计、生产及销售集成电路产品打印机主控SoC芯片、打印机通用耗材芯片、物联网芯片等;

一家微电子材料的平台型高新技术企业,围绕泛半导体材料和新能源材料两个方向,主导产品包括光刻胶及配套材料,超净高纯试剂,锂电池材料和基础化工材料等,超大规模集成电路用超净高纯双氧水技术突破了国外技术垄断,产品品质可达到10ppt以下,满足SEMI制定的最高纯度等级,成功填补了国内空白。

聚焦用于集成电路、LED芯片等微观器件领域的等离子体刻蚀设备、深硅刻蚀设备和MOCVD设备等关键设备的研发、生产和销售;

中芯一直是公司核心客户;中微半导体为中芯绍兴IGBT模组生产线项目第二十六批——深硅蚀刻机招标项目中标候选人

民营惯导航电翘楚;公司主营惯性、卫星、组合导航产品的研产销,已经形成了“惯性导航+卫星导航+组合导航”全覆盖的自主研发生产能力;

2020年1月,拟收购C.N.S.Systems AB,一家专业通信、导航和监视系统解决方案提供商;

国内LED驱动芯片领先企业,产品主要包括LED显示驱动芯片、LED照明驱动芯片、电源管理芯片等,其中电源管理芯片曾获“深圳市 科技 进步奖”;

中国营收规模第二、世界第六、盈利能力国内最强的半导体封装测试公司;公司已经基本涵盖了高、中、低端主流封装技术产品;

持有美国FlipChip International,LLC公司100%股权,其进行WLCSP和Flip Chip以及Wafer Bumping等封装

高端电子元器件企业,主营业务为研发、生产及销售片式功率电感,产品广泛应用于移动通讯、消费电子、军工电子等领域;

射频元器件方面,公司拥有多个系列的不同磁导率和介电常数的原材料配方,能够充分满足下游客户个性化需求,电感目前已获客户认可并批量生产;

国内军用钽电容器生产领域的龙头企业;公司主营钽电容器等军用电子元器件的研发、生产、销售及相关服务;

公司具备军工行业准入的多种主体资质及业务认证,拥有国防三级计量技术机构资质,实验中心通过了CNAS和DILAC能力认可,已成为大部分军工钽电容器用户的合格供应商;

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在 科技 发展的快车道上,任何一项高 科技 的起跑都离不开芯片赋能。在我国高 科技 快速发展下,也凸显了芯片的重要性。因此,我国拥有更强的芯片市场。但在芯片制造领域以及芯片上游产业,相对来说还比较薄弱。先进光刻机技术一直被美和掌握着,这也是我们为什么会遭遇被人“卡脖子”的根本原因。

虽然,我国芯片制造领域相对薄弱,但是我国 科技 领域却处于高速发展时期。这一决定性因素导致了我国成为了芯片进口大国,拥有更大的芯片市场。有数据显示,在2020年我国的芯片进口量为5435亿个,进口额为3500亿美元,不论在数量上还是金额上,都创下了 历史 新高。

那么有人会说,这么大的市场,我们不可以加大研发投入力度自研芯片吗?为什么不自己把握呢?为什么还要进口呢?

其实关键因素是我们没有先进EUV光刻机。全世界,能做出先进光刻机的也就只有荷兰的ASML了。

阿斯麦称说:就算把光刻机图纸给中国,中国人也造不出光刻机。

而光刻机之所以这么稀缺,是因为光刻机所有零部件都来自于全世界企业!比如瑞典的轴承、德国的镜头等。并且光刻机拥有上万个零部件且关键技术一直被美掌握着。

就在大家一直为该不该让台积电来中国生产28nm芯片得问题做正反辩论时。美又成立了名为SIAC的“美国半导体联盟”。

美国却联合欧日韩等国的64家芯片企业成立了名为SIAC的“美国半导体联盟”。并提出了一项500亿美元的半导体激励计划。

而这些企业却几乎涵盖了芯片领域的所有 科技 巨头,如微软、苹果、AMD、英特尔、ARM、三星、台积电、联发科、SK海力士等公司。最终的目的就是在满足美国芯片需求的同时制约我国芯片的发展。不得不说美国的这一招确实有点狠!所以说我们要高度警惕。

说句实话,这个联盟确实有点大,几乎涵盖了芯片的所有领域,如芯片制造、芯片设计所需软件、原材料等。

但从侧面也反应出美半导体芯片领域也并完善。可以看出他们正在使用以前的方法,打压我国半导体 科技 行业的发展。早在上世纪八十年代,美国以同样的方式组建EUV LLC联盟,一举打压了日本半导体产业的发展,实现自己的主导地位并扶持了ASML成为当今EUV光刻机的巨头。

而从当前国内芯片市场发展局势看,虽然我们在高端先进工艺制程领域存在着不足。但并不是我们在芯片领域一直会被人“卡脖子”。 其实我们也有致胜的法宝,那就是充分利用好55纳米成熟工艺制程实现国产自主可控。

对于大部分 科技 产业所需芯片一般55nm、28nm完全可以满足。这也是中芯国际、台积电先后布局28nm,扩充产能的根本原因。

中国科学院院士吴汉明曾发出忠告: 国内不能好高骛远,而是应该做好基础工作,大力发展成熟工艺制程的芯片市场。

另外他还表示,与其在7nm和5nm芯片上做无用功,不如让55nm实现完全的自主可控,后者要更有意义。

所以说,我们现在当务之急是大力发展成熟工艺制程,我们完全可以从90nm、55nm、28nm、14nm这几大成熟工艺做起,逐步做到自主可控,满足当前国内市场需求。也就是说我们要根据当前的发展趋势,根据自身的发展状况,利用一切可利用的优势资源来满足我国当前的市场需求。

相信在不久的将来,我国会打破芯片产业的“僵局”。实现芯片产业的自主可控以及国产化!

不知大家对当前芯片格局怎样看?


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