電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
如果有人想開發永動電池，那么很可能電子工程師首先要把電源效率提高到遠遠高于當今的水平。但盡管人們在這一研究中做了大量投資，但這種電池還沒有問世。相反，在實際世界中，設計人員非得盡一切可能來限制功耗，尤其是物聯網(IoT)，正如泰克科技公司使用工程師SeshankMalap所說，物聯網正在設計及探測測量中引發一波創新潮。
泰克科技使用工程師SeshankMalap
功率管理是物聯網設計關注的主要問題，準確描述設備功耗是物聯網設計的基本要求。
•測量寬動態范圍的電流信號
•確定超低深度休眠時的待機電流
•測量輸出電流和輸入電流
•捕獲短瞬態信號和快速跳變
在過去六年中，Malap一直在電源行業工作，設計和探測功率半導體、UpS系統、汽車充電器和汽車馬達驅動器。我們請他從設計和探測角度談談他所看到的行業變化，以及泰克是怎么樣在電源效率市場中發揮自己的作用的。
鑫磊：你覺得為什么泰克非常看重電源行業中的工程師需求？
Seshank：由于互聯無處不在，人們對更高效率的需求一直在呈指數級增長。隨著物聯網(IoT)的興起，越來越多的設備實現了無線聯網，數量龐大的物聯網傳感器和器件需要一直保持聯網，以便能夠收集和傳送數量龐大的數據，這就要求大量的功耗。
物聯網器件具有繼續聯網的特點，再加上大多數物聯網器件通過電池供電，所以需要新的處理方案來管理電源。電源工程師需要推動極限創新，實現超高電源效率和超低功耗，以便能夠最大限度地利用電源中的功率。
長期以來，泰克一直是開發可實現最前沿創新技術的領導者。物聯網電源管理探測的關鍵挑戰正是泰克核心能力所在，因此泰克推動這一范疇的創新也就順理成章，幫助工程師處理這些關鍵問題。
鑫磊：工程師在物聯網時代面臨著哪些挑戰？
Seshank：毋庸置疑，物聯網給工程和探測帶來了巨大的挑戰。工程師非得清楚怎么樣最大限度地利用這些新器件的功率，更緊要的是要怎么樣真正地探測和驗證設計在實際世界中的工作。同樣，在電源設計中對超高效率和小外形尺寸的需求迫使工程師們采用越來越高的開關頻率和更小的元件封裝。這就導致了開發和使用諸如氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)等新的寬帶隙開關技術，其可以比傳統硅器件更快地開關并提供緊湊的封裝。與此同時，它們帶來了非常困難的探測挑戰。
總之，這些趨勢大大提振了功率設計的將來，是電子行業的關鍵創新范疇之一。我認為，我們將在這些變革中看到某些巨大的進展。但這要求工程師做大量的工作，處理前面提到的挑戰。希望我們的探測測量同行們可以在這個過程中助他們一臂之力，至少要讓他們的探測工作變得更容易、更高效。
鑫磊：你認為這個范疇還有哪些趨勢和挑戰？
Seshank：除超高效率、更小的外形和超低功耗所帶來的挑戰外，日益變化的法規標準正推動功率設計朝著更高效率發展。例如，美國能源部最近出臺消費品使用的外置電源(EpS)六級能效標準，與以往相比，增加了更多的能效要求。歐盟也不甘示弱，發布了電源能效行為準則TIer2，比美國能源部的六級標準提出了更嚴格的要求。
標準機構正在追求更高的能效，意味著同一類型的設備要進行更多的探測，特別是電源。這些要求適合幾乎每個垂直行業，因此影響是普遍性的。其影響并不限于電源或充電器，最近出臺的一項針對LED驅動器的標準，正推動提升電力效率及電光轉換效率。
在許多方面，標準是設計人員最可怕的夢魘。由于標準(及世界各地的其他規范)都是不斷更新的要求，因此工程師非得不斷做好準備，來追求更高的能源效率。標準每四年左右就會把功率效率提升到新的水平，會提出更低的待機功耗要求。除在運行時保持高效外，器件非得演示自己在什么也沒做時真正擁有非常低的功耗。
鑫磊：你認為探測測量在推動這個范疇創新中發揮著怎么樣的作用？
Seshank：為了知道探測測量的作用，必需知道關鍵趨勢和挑戰。如前所述，實現更高的效率要求大量的創新型設計辦法，其中之一是實現更高的開關頻率。正因如此，寬帶隙功率器件在新型功率電子設計中才變得相當流行。但這些器件也帶來了自己的探測挑戰。一方面，您需要極高的帶寬，另一方面，您需要非常高的靈巧度，因為開關和門信號變得更加關鍵、更加靈巧。高開頭頻率還需要同時測量更多的信號，以優化定時和占空比，最大限度地挖掘設計潛力。
在部署GaN和SiC等新技術時，對元器件級探測和評估的需求也會分明提高。這些器件需要進行高達幾千伏的擊穿探測，同時要檢查低達幾飛安的漏電流。鑒于其部署于嚴苛設計的設計中，從晶圓到封裝部件的所有這些器件的穩健探測相當關鍵。
在系統層面上，探測極高效率的需求、設計中小的增量變化以滿足效率要求，并在所有工作模式下探測精確功耗，這些需求正變得至關緊要。
可以肯定地說，我們需要在系統中多得多的探測點及設計的所有階段進行精確探測，今朝的緊要性要遠遠高于以往。舊的探測工具和技術已經不足以適應電源設計人員面臨的趨勢變化。
鑫磊：能否具體談談新材料？
Seshank：我們聽到很多寬帶隙器件的消息。它們基本上是GaN和SiC。SiC是由更高的功率需求和熱穩定性推動的，GaN是由更快的上升時間和下降時間推動的。這些發展趨勢給轉換電路引入了新的復雜度，需要更快的開關速度(需要在任何H電橋拓撲中測量浮動Vgs和Vds指標)，門閾值電壓和定時靈巧度變得更高。此外，由于工作頻率高，所以我們需要同時查看更多的信號。所有這些都要求全新的探測工具和全新的辦法，針對特定使用優化性能，確保可靠性。
鑫磊：你覺得泰克為電源工程師及演進方式提供了哪些支持？
Seshank：泰克為功率電子設計提供完善的全套儀器和軟件處理方案，從元器件探測到成品最終一致性探測提供全程支持。泰克接觸了優化功率效率的每個方面，使將來設計成為可能。這是我們公司一直重點處理的關鍵使用之一。
從元器件級的SMU和參數探測儀，到一致性探測使用的源表和頻譜分解儀，泰克為功率電子探測的每個階段都提供知道決方案。一個非常好的實例是我們的DMM7510，這種采樣數字萬用表可以辨別最低pA級的睡眠電流，同時顯示高達1MHz的脈沖電流，工程師可以在復雜的物聯網傳感器的所有工作狀態中，簡便地表征DC功率廓線，進而使電池續航時間達到最大。
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