【導讀】消費類應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轉換為穩(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、控制和功率轉換數(shù)字化的技術。
消費類應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轉換為穩(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、控制和功率轉換數(shù)字化的技術。
AmberSemi在輸入交流電源的數(shù)字控制和轉換方面開展了三個方面的工作：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性開關也不是開關模式電源。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基于他們的多項，與傳統(tǒng)方法相比具有多項優(yōu)勢。以下是它的一些特點：
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。當今幾乎所有產(chǎn)品都需要某種直流電源來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(tǒng)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，甚至還有電燈開關和調光器等僅限于單個組合盒的產(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。
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)級組件的情況下進行比較。）
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。輸出直流電源驅動器可達 5 W，足以控制相機、門鈴、恒溫器、微控制器應用板和其他消費類設備。圖 2 比較了 AmberSemi Direct DC Enabler 與傳統(tǒng)商用電源之間的調節(jié)過載切換。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(wěn)態(tài)運行期間的調節(jié)在 10 mV 以內，這優(yōu)于大于 150-mV 的調節(jié)在競爭產(chǎn)品上看到的紋波。
AmberSemi Direct DC Enabler 在滿載時實現(xiàn)了 80% 的效率，這也與傳統(tǒng)競爭產(chǎn)品實現(xiàn)的 66% 至 74% 的效率相媲美。
圖 2(a)：AmberSemi Direct DC Enabler 在 0 至 1 A 負載開關上以 5 V 進行直流輸出調節(jié)，顯示出良好的穩(wěn)態(tài)性能（綠色跡線是負載電流，粉紅色是直流輸出（：AmberSemi）
固態(tài)硅芯片數(shù)字化交流電源轉換
圖 2(b)：傳統(tǒng)電源在負載開關測試中表現(xiàn)出更差的調節(jié)（粉色跡線是負載電流，黃色跡線是直流輸出）（：AmberSemi）
交流直接感應
這種獨立的硅技術能夠以每秒數(shù)千次的方式檢測傳入的交流電源，以實時獲取數(shù)字化數(shù)據(jù)集。這可用于快速檢測故障條件，例如過流、接地故障、電弧故障和過壓。使用智能算法對數(shù)字化數(shù)據(jù)進行分析，可以進行更的識別，避免誤操作。可通過用于驅動保護電路的外部微控制器分析來自傳感芯片的監(jiān)控和故障識別數(shù)據(jù)。這可用于一系列應用，例如電機控制過流和過載保護、GFCI 插座和電弧故障斷路器。雖然是一項獨立的技術，
交流開關控制器
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 集成到此開關中。該開關的特點如下：
它的跳閘速度比傳統(tǒng)機電斷路器、GFCI 或其他啟用安全功能的電氣設備快數(shù)千倍。
開關操作更加安全。可以設置可編程鉗位電壓，防止電感負載切換可能引起的高壓電弧，實現(xiàn)無電弧切換。圖 3 比較了輸出端受到電感負載浪涌影響的開關兩端的電壓。
圖 3(a)：AmberSemi 交流開關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(tǒng)機電式斷路器操作。可以看到不受控制的高壓電弧，以及嚴重的振鈴。
交流開關的額定電流為 15 A，但可擴展至 100 A。
該開關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行實時測試，以區(qū)分滋擾跳閘和真實故障事件。
該開關可以與 AC Direct DC Enabler 和 AC Direct Sensing 技術集成，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 電壓和負載的狀況。當芯片在封裝或系統(tǒng)級與微控制器集成時，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 AC Direct 技術來創(chuàng)建通用照明控制解決方案。這里的目標是創(chuàng)建一個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(xiàn)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(tǒng)級輕松集成。此外，更小尺寸的硅芯片還可以釋放空間，實現(xiàn)更流線型的調光開關，以實現(xiàn)更廣泛的市場適用性和更簡單、更快速的安裝。
通過執(zhí)行定時、切相和 DC 傳輸?shù)谋镜乜刂破鬟M行配置。照明制造商可以根據(jù)他們的特定負載對控制進行編程和配置。
由于整合和減少了組件數(shù)量，負載驅動能力的靈活性允許提高制造效率。可以簡化庫存管理，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試和驗證。AmberSemi 目前專注于在 2023 年 1 月之前完成 FPGA，并計劃在同年緊隨其后進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 在接受專訪時表示。“今天的交流電壓控制和轉換在很大程度上依賴于緩慢、低效的機械和無源元件。AmberSemi 獨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，無論是作為 SiP 還是在板級，使電燈開關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(xiàn)了我們向照明控制關鍵領域的擴展，”Casey 補充道。“它利用了我們在固態(tài)交流控制和電源轉換方面的技術。我們生產(chǎn)通用控制芯片的方法可以驅動各種類型的燈泡，具有完全調光和可編程可配置性，將提供便利、降低成本、自動化和能源管理等優(yōu)勢。”
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