【導(dǎo)讀】消費(fèi)類應(yīng)用的電源適配器和充電器通常由變壓器和其他無源元件組成，它們連接到電路板上的有源元件，以將輸入的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出電壓。AmberSemi 是一家位于加利福尼亞州都柏林的無晶圓廠半導(dǎo)體公司，正在研究通過基于固態(tài)硅的解決方案將輸入交流電源的感應(yīng)、控制和功率轉(zhuǎn)換數(shù)字化的技術(shù)。
消費(fèi)類應(yīng)用的電源適配器和充電器通常由變壓器和其他無源元件組成，它們連接到電路板上的有源元件，以將輸入的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出電壓。AmberSemi 是一家位于加利福尼亞州都柏林的無晶圓廠半導(dǎo)體公司，正在研究通過基于固態(tài)硅的解決方案將輸入交流電源的感應(yīng)、控制和功率轉(zhuǎn)換數(shù)字化的技術(shù)。
AmberSemi在輸入交流電源的數(shù)字控制和轉(zhuǎn)換方面開展了三個(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(zhuǎn)換器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)既不是線性開關(guān)也不是開關(guān)模式電源。這是一種直接從交流電源轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器中使用的技術(shù)基于他們的多項(xiàng)，與傳統(tǒng)方法相比具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。以下是它的一些特點(diǎn)：
占用空間小：圖 1 顯示了傳統(tǒng)電源板與 AmberSemi 的單芯片解決方案之間的比較。當(dāng)今幾乎所有產(chǎn)品都需要某種直流電源來運(yùn)行微控制器中的控制邏輯，該控制邏輯指示設(shè)備應(yīng)如何運(yùn)行。AmberSemi 的尺寸減小允許在與傳統(tǒng)產(chǎn)品外形尺寸相同的占地面積內(nèi)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(cè)器、恒溫器、電器、安全產(chǎn)品、智能百葉窗，甚至還有電燈開關(guān)和調(diào)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，例如電燈開關(guān)。
圖 1：傳統(tǒng)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，用于在沒有系統(tǒng)級(jí)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(guī)格：交流輸入可為 45 V 至 240 V RMS。輸出直流電源驅(qū)動(dòng)器可達(dá) 5 W，足以控制相機(jī)、門鈴、恒溫器、微控制器應(yīng)用板和其他消費(fèi)類設(shè)備。圖 2 比較了 AmberSemi Direct DC Enabler 與傳統(tǒng)商用電源之間的調(diào)節(jié)過載切換。在 AmberSemi Direct DC Enabler 的標(biāo)準(zhǔn) 120-V 和 240-V 交流輸入下，對(duì)于 0.25 W 至 5 W 的負(fù)載，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的調(diào)節(jié)在 10 mV 以內(nèi)，這優(yōu)于大于 150-mV 的調(diào)節(jié)在競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品上看到的紋波。
AmberSemi Direct DC Enabler 在滿載時(shí)實(shí)現(xiàn)了 80% 的效率，這也與傳統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的 66% 至 74% 的效率相媲美。
圖 2(a)：AmberSemi Direct DC Enabler 在 0 至 1 A 負(fù)載開關(guān)上以 5 V 進(jìn)行直流輸出調(diào)節(jié)，顯示出良好的穩(wěn)態(tài)性能（綠色跡線是負(fù)載電流，粉紅色是直流輸出（：AmberSemi）
固態(tài)硅芯片數(shù)字化交流電源轉(zhuǎn)換
圖 2(b)：傳統(tǒng)電源在負(fù)載開關(guān)測(cè)試中表現(xiàn)出更差的調(diào)節(jié)（粉色跡線是負(fù)載電流，黃色跡線是直流輸出）（：AmberSemi）
交流直接感應(yīng)
這種獨(dú)立的硅技術(shù)能夠以每秒數(shù)千次的方式檢測(cè)傳入的交流電源，以實(shí)時(shí)獲取數(shù)字化數(shù)據(jù)集。這可用于快速檢測(cè)故障條件，例如過流、接地故障、電弧故障和過壓。使用智能算法對(duì)數(shù)字化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以進(jìn)行更的識(shí)別，避免誤操作。可通過用于驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的外部微控制器分析來自傳感芯片的監(jiān)控和故障識(shí)別數(shù)據(jù)。這可用于一系列應(yīng)用，例如電機(jī)控制過流和過載保護(hù)、GFCI 插座和電弧故障斷路器。雖然是一項(xiàng)獨(dú)立的技術(shù)，
交流開關(guān)控制器
這提供了硅芯片架構(gòu)中交流電源電壓的直接切換。上面討論的 AC Direct Sensing 集成到此開關(guān)中。該開關(guān)的特點(diǎn)如下：
它的跳閘速度比傳統(tǒng)機(jī)電斷路器、GFCI 或其他啟用安全功能的電氣設(shè)備快數(shù)千倍。
開關(guān)操作更加安全。可以設(shè)置可編程鉗位電壓，防止電感負(fù)載切換可能引起的高壓電弧，實(shí)現(xiàn)無電弧切換。圖 3 比較了輸出端受到電感負(fù)載浪涌影響的開關(guān)兩端的電壓。
圖 3(a)：AmberSemi 交流開關(guān)在感性負(fù)載浪涌下運(yùn)行。電壓被鉗位到設(shè)定的 260 V，浪涌事件產(chǎn)生的振鈴很小。
圖 3(b)：帶有感性負(fù)載浪涌的傳統(tǒng)機(jī)電式斷路器操作。可以看到不受控制的高壓電弧，以及嚴(yán)重的振鈴。
交流開關(guān)的額定電流為 15 A，但可擴(kuò)展至 100 A。
該開關(guān)包括本地智能以減少誤跳閘。事件通過快速采樣率和嵌入式軟件算法智能進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試，以區(qū)分滋擾跳閘和真實(shí)故障事件。
該開關(guān)可以與 AC Direct DC Enabler 和 AC Direct Sensing 技術(shù)集成，以創(chuàng)建穩(wěn)健的 DC 電源傳輸，避免發(fā)生瞬態(tài)故障事件，并通過數(shù)據(jù)記錄來監(jiān)控輸入 AC 電壓和負(fù)載的狀況。當(dāng)芯片在封裝或系統(tǒng)級(jí)與微控制器集成時(shí)，可以遠(yuǎn)程重置可編程跳閘閾值以及警告級(jí)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)品開發(fā)的硅化階段，該引擎將利用其上述三項(xiàng) AC Direct 技術(shù)來創(chuàng)建通用照明控制解決方案。這里的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)靈活的可調(diào)光硅芯片組控制架構(gòu)，可以對(duì)白熾燈、鹵素?zé)簟FL、LED、ELV 和 MLV 負(fù)載進(jìn)行調(diào)光。如今，這些功能已在固態(tài)評(píng)估平臺(tái)中得到充分展示。與現(xiàn)有解決方案相比，它的一些優(yōu)勢(shì)包括：
更小的外形尺寸可以使物聯(lián)網(wǎng)控制、傳感和遠(yuǎn)程控制等功能增強(qiáng)功能在系統(tǒng)級(jí)輕松集成。此外，更小尺寸的硅芯片還可以釋放空間，實(shí)現(xiàn)更流線型的調(diào)光開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的市場(chǎng)適用性和更簡(jiǎn)單、更快速的安裝。
通過執(zhí)行定時(shí)、切相和 DC 傳輸?shù)谋镜乜刂破鬟M(jìn)行配置。照明制造商可以根據(jù)他們的特定負(fù)載對(duì)控制進(jìn)行編程和配置。
由于整合和減少了組件數(shù)量，負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力的靈活性允許提高制造效率。可以簡(jiǎn)化庫(kù)存管理，使照明制造商、分銷商、零售商和安裝商受益。
Lighting Control Engine 已成功通過主要公司客戶的離散格式測(cè)試和驗(yàn)證。AmberSemi 目前專注于在 2023 年 1 月之前完成 FPGA，并計(jì)劃在同年緊隨其后進(jìn)行客戶集成和硅制造。
“AmberSemi 用于交流線路電壓的固態(tài)數(shù)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(zhí)行官 Thar Casey 在接受專訪時(shí)表示。“今天的交流電壓控制和轉(zhuǎn)換在很大程度上依賴于緩慢、低效的機(jī)械和無源元件。AmberSemi 獨(dú)特的基于硅的方法通過基于硅的數(shù)字化、快速采樣和可配置性大大改進(jìn)了輸入交流信號(hào)的感測(cè)和控制，從而對(duì)故障情況做出更安全、更快速和更智能的響應(yīng)。它還適用于 IoT 傳感器和微控制器的集成，無論是作為 SiP 還是在板級(jí)，使電燈開關(guān)真正變得更智能和多功能。交流直接感應(yīng)、交流直接控制的組合，
“AC 直接照明控制引擎體現(xiàn)了我們向照明控制關(guān)鍵領(lǐng)域的擴(kuò)展，”Casey 補(bǔ)充道。“它利用了我們?cè)诠虘B(tài)交流控制和電源轉(zhuǎn)換方面的技術(shù)。我們生產(chǎn)通用控制芯片的方法可以驅(qū)動(dòng)各種類型的燈泡，具有完全調(diào)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(shì)。”
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