【導讀】消費類(lèi)應用的電源適配器和充電器通常由變壓器和其他無(wú)源元件組成，它們連接到電路板上的有源元件，以將輸入的交流信號轉換為穩定的輸出電壓。AmberSemi 是一家位于加利福尼亞州都柏林的無(wú)晶圓廠(chǎng)半導體公司，正在研究通過(guò)基于固態(tài)硅的解決方案將輸入交流電源的感應、控制和功率轉換數字化的技術(shù)。
消費類(lèi)應用的電源適配器和充電器通常由變壓器和其他無(wú)源元件組成，它們連接到電路板上的有源元件，以將輸入的交流信號轉換為穩定的輸出電壓。AmberSemi 是一家位于加利福尼亞州都柏林的無(wú)晶圓廠(chǎng)半導體公司，正在研究通過(guò)基于固態(tài)硅的解決方案將輸入交流電源的感應、控制和功率轉換數字化的技術(shù)。
AmberSemi在輸入交流電源的數字控制和轉換方面開(kāi)展了三個(gè)方面的工作：AC Direct DC Enabler、AC Direct Sensing 和 AC Switch Controller。
交流直接直流使能器
這是一種基于單硅芯片的微型 AC/DC電源轉換器，其拓撲結構既不是線(xiàn)性開(kāi)關(guān)也不是開(kāi)關(guān)模式電源。這是一種直接從交流電源轉換功率的新穎方法，消除了變壓器、整流器和笨重的電解裝置。這種單芯片轉換器中使用的技術(shù)基于他們的多項，與傳統方法相比具有多項優(yōu)勢。以下是它的一些特點(diǎn)：
占用空間?。簣D 1 顯示了傳統電源板與 AmberSemi 的單芯片解決方案之間的比較。當今幾乎所有產(chǎn)品都需要某種直流電源來(lái)運行微控制器中的控制邏輯，該控制邏輯指示設備應如何運行。AmberSemi 的尺寸減小允許在與傳統產(chǎn)品外形尺寸相同的占地面積內將更多組件（例如物聯(lián)網(wǎng)連接、傳感器和其他功能）添加到產(chǎn)品中。一些產(chǎn)品實(shí)施示例包括煙霧探測器、恒溫器、電器、安全產(chǎn)品、智能百葉窗，甚至還有電燈開(kāi)關(guān)和調光器等僅限于單個(gè)組合盒的產(chǎn)品。這種尺寸的減小還允許創(chuàng )建更纖薄的產(chǎn)品外形，可以輕松安裝在受限空間中，例如電燈開(kāi)關(guān)。
圖 1：傳統電源板與 AmberSemi 單芯片解決方案的尺寸比較。（：AmberSemi）（注：示例是 AmberSemi 的 AC Direct DC Enabler 芯片，用于在沒(méi)有系統級組件的情況下進(jìn)行比較。）
可編程性：直流輸出可編程為 2.5 V 至 24 V。
輸入/輸出規格：交流輸入可為 45 V 至 240 V RMS。輸出直流電源驅動(dòng)器可達 5 W，足以控制相機、門(mén)鈴、恒溫器、微控制器應用板和其他消費類(lèi)設備。圖 2 比較了 AmberSemi Direct DC Enabler 與傳統商用電源之間的調節過(guò)載切換。在 AmberSemi Direct DC Enabler 的標準 120-V 和 240-V 交流輸入下，對于 0.25 W 至 5 W 的負載，穩態(tài)運行期間的調節在 10 mV 以?xún)?，這優(yōu)于大于 150-mV 的調節在競爭產(chǎn)品上看到的紋波。
AmberSemi Direct DC Enabler 在滿(mǎn)載時(shí)實(shí)現了 80% 的效率，這也與傳統競爭產(chǎn)品實(shí)現的 66% 至 74% 的效率相媲美。
圖 2(a)：AmberSemi Direct DC Enabler 在 0 至 1 A 負載開(kāi)關(guān)上以 5 V 進(jìn)行直流輸出調節，顯示出良好的穩態(tài)性能（綠色跡線(xiàn)是負載電流，粉紅色是直流輸出（：AmberSemi）
固態(tài)硅芯片數字化交流電源轉換
圖 2(b)：傳統電源在負載開(kāi)關(guān)測試中表現出更差的調節（粉色跡線(xiàn)是負載電流，黃色跡線(xiàn)是直流輸出）（：AmberSemi）
交流直接感應
這種獨立的硅技術(shù)能夠以每秒數千次的方式檢測傳入的交流電源，以實(shí)時(shí)獲取數字化數據集。這可用于快速檢測故障條件，例如過(guò)流、接地故障、電弧故障和過(guò)壓。使用智能算法對數字化數據進(jìn)行分析，可以進(jìn)行更的識別，避免誤操作?？赏ㄟ^(guò)用于驅動(dòng)保護電路的外部微控制器分析來(lái)自傳感芯片的監控和故障識別數據。這可用于一系列應用，例如電機控制過(guò)流和過(guò)載保護、GFCI 插座和電弧故障斷路器。雖然是一項獨立的技術(shù)，
交流開(kāi)關(guān)控制器
這提供了硅芯片架構中交流電源電壓的直接切換。上面討論的 AC Direct Sensing 集成到此開(kāi)關(guān)中。該開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)如下：
它的跳閘速度比傳統機電斷路器、GFCI 或其他啟用安全功能的電氣設備快數千倍。
開(kāi)關(guān)操作更加安全?？梢栽O置可編程鉗位電壓，防止電感負載切換可能引起的高壓電弧，實(shí)現無(wú)電弧切換。圖 3 比較了輸出端受到電感負載浪涌影響的開(kāi)關(guān)兩端的電壓。
圖 3(a)：AmberSemi 交流開(kāi)關(guān)在感性負載浪涌下運行。電壓被鉗位到設定的 260 V，浪涌事件產(chǎn)生的振鈴很小。
圖 3(b)：帶有感性負載浪涌的傳統機電式斷路器操作?？梢钥吹讲皇芸刂频母邏弘娀?，以及嚴重的振鈴。
交流開(kāi)關(guān)的額定電流為 15 A，但可擴展至 100 A。
該開(kāi)關(guān)包括本地智能以減少誤跳閘。事件通過(guò)快速采樣率和嵌入式軟件算法智能進(jìn)行實(shí)時(shí)測試，以區分滋擾跳閘和真實(shí)故障事件。
該開(kāi)關(guān)可以與 AC Direct DC Enabler 和 AC Direct Sensing 技術(shù)集成，以創(chuàng )建穩健的 DC 電源傳輸，避免發(fā)生瞬態(tài)故障事件，并通過(guò)數據記錄來(lái)監控輸入 AC 電壓和負載的狀況。當芯片在封裝或系統級與微控制器集成時(shí)，可以遠程重置可編程跳閘閾值以及警告級別。
燈光控制引擎
AmberSemi 近宣布，它正在進(jìn)入 AC Direct 照明控制引擎產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的硅化階段，該引擎將利用其上述三項 AC Direct 技術(shù)來(lái)創(chuàng )建通用照明控制解決方案。這里的目標是創(chuàng )建一個(gè)靈活的可調光硅芯片組控制架構，可以對白熾燈、鹵素燈、CFL、LED、ELV 和 MLV 負載進(jìn)行調光。如今，這些功能已在固態(tài)評估平臺中得到充分展示。與現有解決方案相比，它的一些優(yōu)勢包括：
更小的外形尺寸可以使物聯(lián)網(wǎng)控制、傳感和遠程控制等功能增強功能在系統級輕松集成。此外，更小尺寸的硅芯片還可以釋放空間，實(shí)現更流線(xiàn)型的調光開(kāi)關(guān)，以實(shí)現更廣泛的市場(chǎng)適用性和更簡(jiǎn)單、更快速的安裝。
通過(guò)執行定時(shí)、切相和 DC 傳輸的本地控制器進(jìn)行配置。照明制造商可以根據他們的特定負載對控制進(jìn)行編程和配置。
由于整合和減少了組件數量，負載驅動(dòng)能力的靈活性允許提高制造效率?？梢院?jiǎn)化庫存管理，使照明制造商、分銷(xiāo)商、零售商和安裝商受益。
Lighting Control Engine 已成功通過(guò)主要公司客戶(hù)的離散格式測試和驗證。AmberSemi 目前專(zhuān)注于在 2023 年 1 月之前完成 FPGA，并計劃在同年緊隨其后進(jìn)行客戶(hù)集成和硅制造。
“AmberSemi 用于交流線(xiàn)路電壓的固態(tài)數字控制和傳感的技術(shù)解決方案是新穎且具有顛覆性的，”AmberSemi 創(chuàng )始人兼執行官 Thar Casey 在接受專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)表示?！敖裉斓慕涣麟妷嚎刂坪娃D換在很大程度上依賴(lài)于緩慢、低效的機械和無(wú)源元件。AmberSemi 獨特的基于硅的方法通過(guò)基于硅的數字化、快速采樣和可配置性大大改進(jìn)了輸入交流信號的感測和控制，從而對故障情況做出更安全、更快速和更智能的響應。它還適用于 IoT 傳感器和微控制器的集成，無(wú)論是作為 SiP 還是在板級，使電燈開(kāi)關(guān)真正變得更智能和多功能。交流直接感應、交流直接控制的組合，
“AC 直接照明控制引擎體現了我們向照明控制關(guān)鍵領(lǐng)域的擴展，”Casey 補充道?！八昧宋覀冊诠虘B(tài)交流控制和電源轉換方面的技術(shù)。我們生產(chǎn)通用控制芯片的方法可以驅動(dòng)各種類(lèi)型的燈泡，具有完全調光和可編程可配置性，將提供便利、降低成本、自動(dòng)化和能源管理等優(yōu)勢?！?/p>
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