革命性的技术，直接从交流电源中提取直流电

[导读]为了满足全球广泛市场的需求，无晶圆厂半导体制造商 Amber Semiconductor (AmberSemi) 创造了一种创新的离线 AC/DC 电源转换解决方案架构。这项技术被称为 AC Direct DC Enabler(或 Enabler)，可直接从交流电源中提取直流电，从而无需整流桥、变压器和高压大容量电容器。

为了满足全球广泛市场的需求，无晶圆厂半导体制造商 Amber Semiconductor (AmberSemi) 创造了一种创新的离线 AC/DC 电源转换解决方案架构。这项技术被称为 AC Direct DC Enabler(或 Enabler)，可直接从交流电源中提取直流电，从而无需整流桥、变压器和高压大容量电容器。

与传统电源解决方案不同，Enabler 所需的外部元件数量更少。此外，它还有望增强产品功能和/或大幅缩小产品外形尺寸。

AmberSemi 技术概述

Enabler 本质上是一种基于固态硅的技术，可以取代传统机电元件的操作。反过来，这可以提高功能潜力、提高操作灵活性、缩小物理尺寸并增强固态架构的可靠性。

在电力电子领域，普遍接受的范式是，输出功率的增加意味着电路尺寸的增加，从而导致成本增加和工程问题。AmberSemi 开发的电力数字控制集成到半导体 IC 器件中，代表了整个电气产品领域电力技术的重大架构升级，并实现了更紧凑、更动态的电源设计。

此外，Enabler 提供这些功能时不会强制最终产品偏离其标准外形尺寸。系统占用空间的减少使得在相同空间内集成更多功能成为可能，从而节省成本并带来其他优势。

AmberSemi 的 AC Direct DC Enabler IC 拥有同类产品中最高的功率密度，每 0.21 立方英寸(1.47 立方厘米)功率密度为 5 W ，是市场上最节省空间的选择。因此，固态设计的功率密度得到提高，使其在空间有限的应用中特别有吸引力，例如便携式设备、断路器盒、配电装置以及电动和传统燃气汽车。

此外，AC Direct DC Enabler IC 的内置串行外设接口 (SPI) 允许访问内部可编程寄存器，从而扩展了 IC 的功能和可配置性。当与微控制器等处理单元结合使用时，这种类型的电源转换解决方案将成为智能电源转换解决方案，可实时报告各种内部活动。

图 1 比较了采用传统技术制造的电源和基于 AmberSemi 固态技术的电源的尺寸。新技术可以提高功率密度、PCB 占用面积和整体体积。

图 1：传统电源解决方案与 AmberSemi 电源解决方案(来源：Amber Semiconductor)

AC Direct DC Enabler产品系列包括两个系列，支持广泛的应用：

· Enabler-FX 系列为工程师在设计系统时提供了最大程度的灵活性。通过利用外部功率 MOSFET，Enabler-FX 使设计人员能够在成本、空间、性能和可靠性方面优化设备。设备的内部补偿网络、最小的外部拓扑和操作可配置性都有助于简化系统设计，从而减少组件总数和系统尺寸。

· 为了最大程度地节省空间，集成的 Enabler-SX 提供了最紧凑的设计解决方案。功率 MOSFET 集成到 Enabler-SX 中，以在单个极其紧凑的 LGA 封装中产生完全集成的 AC-DC 转换器。Enabler-SX 提供业内最紧凑的电力输送解决方案，使系统设计人员能够将更多功能整合到更小的外形尺寸中，以用于下一代物联网、物联网人工智能和工业物联网系统。

AmberSemi 技术的优势

除了更小的占用空间、更高的功率密度和通过 SPI 接口的可配置性之外，AmberSemi 的 AC Direct DC Enabler 还提供几个关键优势，例如可靠性、可扩展性和对输出功率的动态控制。

可靠性

与传统解决方案相比，固态架构使电力电子公司能够实现更高的可靠性和使用寿命。通过采用与传统系统相比额定电压较低的电容器，AC Direct DC Enabler 架构展示了与陶瓷、聚合物和电解电容器的兼容性。

此外，显著减少的元件数量有助于提高可持续性和可靠性。通过利用每千瓦时运行需要多达 50% 元件的标准电源，AC Direct DC Enabler IC 可减少关键元件的热应力和电应力，从而促进有效散热并降低因过热导致元件故障的可能性。此外，它还提供了在需要最大可靠性的情况下使用陶瓷电容器而不是电解电容器的能力，例如在开关模式下运行的电源中。

可扩展性

与传统电力电子解决方案相比，固态架构和数字电气管理的集成提高了适应性和可扩展性。AC Direct DC Enabler IC 具有 24–277 VAC 的广泛输入电压范围，可在广泛的全球产品组合中使用单一设计。AmberSemi 技术的输入电压独立性将进一步提高其产品在未来设计中在需要更高电压的工业应用中的实用性，而传统产品在这些应用中会遇到困难。

该芯片无缝集成到各种模块化和通用设计架构中，从而促进了可扩展性和系统扩展，这也使架构更具动态性并利用更大的功率容量。利用此功能，设计工程师可以设计出灵活应对波动功率需求的解决方案，从而有可能减少整个产品线的库存单位 (SKU) 并促进系统架构的调整。

动态功率控制

由于采用数字电力管理，AC Direct DC 启动器 IC 比传统解决方案更具动态性。该解决方案利用软件提供动态功率，从而增强控制。它通过允许可配置的输出电压范围和自动模式切换来实现这一点，最终优化所有电源输出的效率。

通过采用固态半导体架构，电源模块公司有潜力积极推动向更可持续能源格局的转变。这种优势源于该架构的耐用性提高和组件数量减少，从而消除了更换零件的必要性。

可配置性

该设备内置的 SPI 接口使设计人员能够配置电源转换参数并建立事件阈值以达到保护目的。当与处理单元集成时，该设备可产生智能电源转换解决方案，有助于实时报告各种内部操作，包括警报事件监控和子系统负载数据记录。

应用

AC Direct DC Enabler与各种电气产品高度兼容，例如门铃摄像头、恒温器、智能产品、家电、智能 HVACR 等。这项创新技术几乎可以使任何使用直流电并由交流电源供电的电子设备受益。此外，该技术可以与关键半导体元件(例如无线发射器和微控制器)集成，以创建独一无二的 AC Direct 半导体系统。此类系统可以通过单个 AC Direct 系统为家政功能和外部传感器供电。

Enabler-FX 和 Enabler-SC 系列的主要应用如图 2 所示。