近日，由中国电子视像行业协会主办，主题为“创新科技、无界未来”的2021（第十七届）中国音视频产业大会（AVF）暨“科技创新奖”颁奖礼，在深圳顺利召开。会上，来自北京集创北方科技股份有限公司的CTO李卓先生获得彩虹奖，旨在表彰他所带领的集创北方研发团队在视频产业的显示芯片科技创新方面所做出的突出贡献。

李卓先生现任北京集创北方科技股份有限公司CTO，负责集团技术及产品方向制定、知识产权及行业标准战略布局等工作。他的科研重心聚焦在显示芯片研发领域，在数模混合信号电路设计、显示驱动芯片设计领域拥有近20年经验。曾突破高频输入接口技术、高性能输出运算放大器技术等显示芯片核心技术，申请了40多项国内、国际专利，为提升集创北方在显示芯片设计领域保持创新竞争优势，加速我国新型显示集成电路行业的技术发展做出了突出贡献。

从2015年开始，中国电子视像行业协会开始为我国音视频行业内企业技术研发团队的领头人特别设置“彩虹奖”，旨在提高我国音视频行业自主创新能力和核心竞争力，进一步提升行业创新水平，发挥科技创新人才的带动作用。2021年是“十四五”的开局之年，科技创新已成为高质量发展的第一动力。在此环境和时点下，中国电子视像行业协会颁发的2021年中国电子视像行业协会科技创新奖之“彩虹奖”具有更加积极的鼓励科研团队积极创新的历史意义。

李卓先生在获奖感言中强调道：“集创北方在创立之初就是一家追求创新进取的科技企业。在当今这个日新月异的时代，只有坚持持续创新的科技企业，才能实现自身的可持续发展，同时也支持整个社会拥有更加光明的未来。因此，未来的集创北方必将在夯实本土科研团队的基础上开始放眼全球，从美国硅谷、韩国等地区吸引国际化人才，为长期的创新发展储备多元化背景的科研后备军。”

稿源：美通社

英飞凌科技应用工程师林献崇、洪士恒

1.前言

功率因素校正为将电源的输入电流塑形为正弦波并与电源电压同步，最大化地从电源汲取实际功率。 在完美的 PFC 电路中，输入电压与电流之间为纯电阻关系，无任何输入电流谐波。 目前，升压拓扑是 PFC 最常见的拓扑。在效率和功率密度的表现上，必须要走向无桥型，才能进一步减少器件使用，减少功率器件数量与导通路径上的损耗。 在其中，图腾柱功率因素校正电路（totem-pole PFC）已证明为成功的拓扑结构，其控制法亦趋于成熟。

一般而言，超级结MOSFET（Super junction MOSFET）在图腾柱的应用，尤其是针对连续导通模式，效能将会大打折扣。原因是在控制能量的高频桥臂在切换过程中产生的硬切损耗与寄生二极管的反向恢复损耗。为克服此应用问题，目前在市面上采用的对策多为采用宽禁带半导体。

为了实现在图腾柱PFC使用常见的开关器件，本文介绍预充电电路的解决方案。 相较采用宽禁带半导体，此方案的功率半导体器件较普遍且容易取得，提供给使用者做为设计参考。

2.基本工作原理

在介绍新方法之前，首先介绍超级结半导体开关切换瞬时特性。因为半导体设计趋势仍在降低开关损耗以提升产品功率密度，即降低在开关切换过程中V-I 交越的损耗，常见半导体厂商的做法为将开关等效输出电容（C_oss）特性设计为非线性曲线：在低压时，C_oss值较大，随着电压提升，在接近于中压时电容值急剧降低，如下图左C_oss特性曲线（本文皆以英飞凌CoolMOS为范例），如此可减少V-I交越的损耗面积。 随着制程技术演进，C_oss变化曲线变压更为急剧，这在新老代的MOSFET可明显比较出性能差异。如下图右为比较新老代MOSFET的C_oss特性与开关损耗的差异。

图1：C_oss曲线和开关损耗比较

针对半桥的应用，两颗特性相同MOSFET 桥接后的出电容特性如下图2。 在半桥应用普遍重视零电压切换，因为MOSFET总输出电容的储能损耗(Q_oss)与反向恢复特性（Q_rr）将大幅增加半桥架构在硬切换时的损耗。在半桥中如图所示的等效输出电容最大值则发生在任一臂开关为0V的状态，随着任一桥臂电压提升至20~30V左右，等效输出容值则急剧降低，此特性将用于接下来将介绍的补偿电路。

图2：半桥CoolMOS C_oss电压变化曲线

下图3为预充电电路 的范例。在该拓朴中，二极管模式开关的硬换向发生于每个开关切换周期。在有的半桥结构中，考虑在电感中累积的能量，在Q1关闭之后Q2通常会工作在软开关（Soft Switching）状态。然而，当Q2关断时，由于电感电流连续的特性，使得此电流流过其本体二极管。 当Q1导通时，则会发生Q2体二极管电流的硬换向。

图3：针对图腾柱架构高频半桥预充电动作示意图

通过加入的预充电电路，在二极管模式下工作的MOSFET便可以在通道开启前预充至特定的电压，例如24V。 如此便可大幅的降低 Q_oss及Q_rr相关的损耗。 因此可以大幅提高CoolMOS在CCM Totem Pole PFC的整体性能。

建议的预充电解决方案需要为半桥中的每个功率开关器件配备额外的器件：高压肖特基二极管（图中的D1和D2）和一个低压的MOSFET（图中的Q3和Q4）。另外还需要两个电压源来驱动半桥和低压MOSFET（13V）以及MOSFET漏-源端电压（24V）。 此外，驱动器输入端包含的Rx-Cx和Ry-Cy滤波器为PWM信号设定正确的时序，不需额外的控制信号。

图4：图腾柱架构预充电电路时序控制图

主要波形如图4所示。在t₀之前的状态下，电感器通过Q1充电，一旦Q1关闭，电感电流就会流过Q2，首先通过其本体二极管，然后在Q2开启后流过器件通道。 因此，在Totem pole PFC中，Q2开启时工作在零电压（ZVS）开关。 在t₀时，PWM A 信号置低，经过一定的延迟时间后（Ry与Cy的延迟） ，Q2的栅源极电压信号（V_GS）也在t₁置低。 在半桥的死区（Dead time）时间内（t₁到t₂），电感电流通过Q2的体二极管续流。在t₂之前，Q2的V_DS被钳位到地并且所有自举电容器（C_{HS_P}除外）都被驱动电压和24V电压充电（图五a与b）。 然后在死区时间（Dead Time）后，PWM B 置高，通过Cx、Rx 产生Q4的短暂栅极电压。因此，预充电的Q4会在t₂开启（图五c），预充电电流流经Q4到D2到Q2的网络中，这种预充电流的的幅度必须高于流经Q2体二极管的续流电流。 在预充电流结束时（t₃），Q2的漏-源极电压被预充电至24V。

如图4所示，预充电电流波形有两个峰值脉冲：第一个在t₂和t₃之间，与Q2的C_oss有关。 第二个在t₃和t₄之间幅度较小，是由预充电回路的杂散电感谐振形成。 Q1被延迟到t₄ 开启，此时Q2的C_oss已经被24V所耗尽了。如图五d所示，当Q1导通时，用于Q3的自举电容从Q1的自举电容充电。从图四可以看出，在Q1或Q2开启时，预充电的Q4 或Q3都尚未关闭，如此为保证Q1或Q2开启瞬间的低损耗。如果此脉冲过短，则Q2在开启瞬间发生硬换向的可能性很高。 如果其在多个连续事件期间发生，则会产生破坏性的结果。

当PWM B信号置低时，与之前类似，Q1会延迟到t₅才关闭（Ry与Cy的延时）。在通道关闭后，Q1的C_oss会充电到400V 而Q2的C_oss将放电到0V，从而使Q2产生零电压开关（ZVS）。PFC 应用中的开关到二极管切换就是这种情况。在这种情况下，高压侧开关（C_{HS_DP}到Q3到D1）的预充电电路不会对基于MOSFET的半桥电路工作造成任何影响。

当负载或电感电流足够高时，会使C_oss充分被充放电，进而达到零电压开关（ZVS）的目的。但是，如果电感电流不足以对半桥等效的C_oss进行充放电时，则会发生硬开关。可以参考图4中t₅后的虚线。在这种状况下，施加到Q3的脉冲电压通过D1将Q1的C_oss充电至24V。一旦Q2导通，其漏源极电压将再次下降到接近于零，实现比较平滑的开关到寄生二极管的切换。

图5：预充电电路增加预充电电路的硬换向瞬态工作示意图

3.测试结果

本章节展示了3300W无桥CCM Totem pole PFC评估板的规格与性能。此评估板实现了本文中介绍的预充电电路并使用600 V CoolMOS  CFD7来实现CCM Totem pole PFC，其寄生二极管特性为低反向恢复电荷，在极端条件下硬开关不易损坏。 如图六为完整电路图，高频部分并联使用CoolMOS  IPT60R090CFD7，预充电电路使用BSZ440N10S3。

图7 为评估板稳态和动态条件下的性能和规格。转换器工作在65kHz开关频率，仅适用于高压单电压输入。 最低交流输入电压为176Vac rms。

图6：评估板电路图

图7：性能规格表

下图为稳态效率实测结果，显示了在不同交流电压下的效率测量值，此测量结果包含控制器及风扇的基本损耗（6W aux power）。

图8：稳态效率测试结果

下图为Totem Pole PFC 的主要工作波型，其中还包含了预充电电路的波形。 由波形可见预充电电流只出现在相应的交流周期中，对相反的交流周期没有影响。

图9：稳态输入电压、电感电流与预充电电流波形

    图10和图11分别显示了0A 和23A电感电流的漏-源电压波形（满载稳态操作下），包含必要的预充电电流波形。 测量的波形与上一章节所示的电压电流预充电波形（图四）吻合。

图10: 空载的预充电电流瞬时波形

图11：满载的预充电电流瞬时波形

4.结论

本文介绍了以MOSFET实现无桥连续导通模式图腾柱PFC的解决方案，该方案在1U的外型尺寸和80W/inch³的功率密度下实现了99%的峰值效率。此评估版采用英飞凌600V  CoolMOS  CFD7系列MOSFET和预充电电路。 该预充电电路通过低压电压源提供电荷降低Q_oss 和Q_rr的损耗，在前文已介绍预充电的工作原理供读者知悉。CoolMOS CFD7和预充电电路的组合，以及为低频桥臂选用的CoolMOS™  S7，以高性价比电路展现高性能效率水平。 此外，尽管预充电电路增加了半导体器件数量，但辅助电路皆可使用贴片型封装，因此可以实现高功率密度的电源设计。

5.参考文献
1. Evaluation board EVAL_3K3W_TP_PFC_SIC 

2. Design guide MOSFET CoolMOS™ C7 600V 

双方已签署第一份商业协议，深视智能将采购十万颗芯片

致力于研发机器视觉传感器、光谱视觉芯片和系统的创新型半导体公司 Newsight Imaging Ltd. 宣布，与智能工业 4.0 自动化产线检测方案研发的领先者深视智能达成商业协议，为其提供最新的传感器芯片 NSI1000。

通过与Newsight以色列和深圳团队的密切配合，深视智能对 NSI1000 芯片进行了全方位的评估，随之与Newsight签署了该商业协议，首批 100,000 颗芯片将于未来几个月内出货。

Newsight 去年（2010年）推出的 NSI1000 CMOS 图像传感器芯片拥有 32*1024的像素阵列，支持多种模式，包括单行、多行三角法测量；精度极高，能实现生产线检测的快速操作。此外，该传感器支持 Newsight 研发的增强型飞行时间（eTOF™）技术，可实现远近距离、高分辨率的 3D 深度图像捕捉。深视智能将把该传感器芯片集成到其先进的工业传感器系列产品中，助力其客户降低产线的人力成本、提升产品质量、优化运营效率。

深视智能CEO王刚奎表示：“深视智能致力于为全球客户提供高性能的工业检测自动化传感器设备。我们的尖端技术为工业生产检测提供高度集成的解决方案，实现对各类生产流程的实时监测和操控。经过对质量和性能的评估及验证，我们很高兴选择了 Newsight 的图像传感器产品。”

Newsight Imaging 首席执行官兼董事长 Eli Assoolin 说：“我们很荣幸与深视智能合作，获得工业 4.0 重要参与者的信赖，这也进一步突显了 Newsight 产品的性能和价值。我们颠覆性的传感器具备多种独特的功能，可支持智能制造等广泛的需求。接下来，我们即将推出 NSI9000 传感器芯片，其深度分辨率达1024x480，将成为重要的‘行业改变者’，影响汽车、智能制造等许多应用领域。”

关于 NSI1000

 NSI1000 支持 eTOF 技术（增强型飞行时间）和多行三角法测量技术 ，拥有 32 × 1024 像素阵列。使用 NSI1000 全局快门可以在一帧内得到32行三角法数据。该款高能效传感器具备极高的性价比，提供多种高级功能，包括：自动峰值检测、多重配置、自动曝光等。凭借革命性的特性——像素内累积，该传感器可捕获多个信号，并转换为高度灵敏的数字信号，可更好地适配不同距离和反射率的光强。

关于深视智能

公司解决方案广泛应用于3C行业、传统制造业、新能源动力电池行业、机械加工工序检测、电气检测等领域。公司与富士康、比亚迪、光宝科技、华为、大恒、通达、大族激光等若干客户建立了合作关系，大大降低人工制造成本、提升生产质量、优化了生产效率。

关于Newsight Imaging

Newsight 致力于研发先进的 CMOS 图像传感器芯片，赋能3D机器视觉的和光谱分析。其研发的机器视觉深度传感器服务于手机、机器人、工业 4.0、汽车安全等垂直行业。该公司最近推出了固态激光雷达参考设计 eTOF™ LiDAR，其中搭载 NSI1000 传感器芯片。 此外， Newsight 还推出了一款基于人工智能技术的光谱检测芯片，搭载于其SpectraLIT™模组，SpectraLIT™ 可为水、食品和饮料、医疗等行业的质量检测提供高性价比的独特解决方案。Newsight 拥有美国和欧盟的专利，并获得了以色列创新局的支持。

更多信息请访问官网：www.nstimg.com

根据Gartner的分析，为了加快价值创造，首席信息官和IT高管应专注于三个关键领域：随处领导、培养关系和超越地点限制。

在Gartner IT Symposium/Xpo 峰会美洲站的开幕主题演讲中，Gartner高级研究总监Mbula Schoen表示，随着企业机构继续走出新冠疫情所造成的影响，首席信息官和IT高管将需要寻求全新的价值创造方式。

首席信息官和IT高管应通过确保企业和人才的就绪性专注于无处不在的领导（leading anywhere）、通过培养关系（nurture connections）确保生态系统的就绪性并运用技术和社会就绪性超越地点限制（reach beyond）。

无处不在的领导和赋能

根据Gartner的预测，到2022年底，采取远程办公模式的知识工作者比例将从2019年的27%增加至47%。但仅仅从现场办公转变为远程办公并非最终目标，而是首席信息官在整个企业通过配套技术实现巨大灵活性和实施新工作方式的起点。

为了吸引和维系必要的IT人才，Gartner建议首席信息官做好三件事：

• 设计一个以人为本的工作场所：以人为本的工作场所能够促进目标、创新和绩效的蓬勃发展。在设计时应围绕员工的全方位生活体验，而不仅仅是位置和配套技术，专注于对员工在任何地点的工作表现、工作效率以及是否能够达到预期积极性。根据Gartner近期对2410名混合/远程知识工作者的调研结果，在以人为本的工作场所中，工作者的疲劳感减少了44%、留下的意愿增加了45%，并且员工的表现提升了28%。

• 发挥业务技术专家的力量：Gartner的研究表明，目前有41%的员工被认定为业务技术专家，这意味着他们需要向IT部门以外的上级报告并为内部或外部业务应用创造技术或分析功能。相比不启用业务技术专家的企业机构，成功启用业务技术专家的企业机构实现数字化业务成果加速的可能性高出2.6倍。

• 建立一个内部人才市场：内部人才市场平台使用人工智能（AI）和技能数据支持企业的再培训需求，并且能够灵活地将工作者与角色和短期任务相联系。这些市场基本可以确认企业中存在哪些人才、这些人才具备什么知识、他们曾做过什么工作以及与谁有过合作。因此，建立一个更广泛的人才库可以为员工提供更多的成长和发展机会。

Schoen表示：“我们的工作地点、技术领导力的来源以及IT的生产地点已发生了转变。首席信息官和IT高管必须充分利用围绕未来办公模式的变化，推动其团队和企业向前发展。”

培养无处不在的关系

供应商合作伙伴、生态系统甚至客户的创新地点已发生变化，这影响了业务价值的产生。

Gartner杰出研究副总裁兼院士级分析师Hung LeHong表示：“我们现在能够走得更远并解决一些世界级问题，但首席信息官无法单独做到这一点，他们需要通过这场疫情引发的数字投资加速，在医疗、教育、工业以及公共和商业生活领域取得更高级别的成果。这就需要通过新的合作方式和建立支持生态系统的平台来共同解决世界级问题。”

Gartner建议首席信息官和IT高管关注三种类型的合作伙伴关系：一对一、一对多和多对多。

企业机构可以将一对一关系提升到一个新的水平并成为一种有生产力的合作伙伴关系。建立这种关系的企业和技术合作伙伴共同创造和建立一个当前不存在的解决方案。由此产生的资产为合作双方共同拥有并为双方产生利益和收入。有生产力的合作伙伴关系正日益普遍。根据Gartner的预测，有生产力的IT支出将在未来五年增长31%。

除了一对一关系之外，还有由多个合作伙伴组成的生态系统。当一家企业需要集合许多参与者共同解决一个问题时，建立一对多合作关系的效果最佳，比如城市联合公共和民营实体为市民服务。当一个平台将许多不同企业的产品和服务聚集在一起并提供给许多不同的客户时，便产生了多对多合作伙伴关系。这些市场和应用/API商店一般被称为平台业务模式，它们实现了生态系统规模的“多对多互助”模式。

LeHong表示：“最后，这三种类型的合作伙伴关系表明，首席信息官需要成为合作伙伴专家，通过培养关系来建立所有类型的合作伙伴关系。”

超越地点限制

工作、创新和业务价值“地点”的转变使首席信息官和IT高管能够超越当前思维的限制。

Gartner杰出研究副总裁兼院士级分析师Daryl Plummer表示：“在回答‘接下来在哪里’这个问题时，不能仅限于一个地点或方向。这个问题实际上是探索如何发现和获得价值。首席信息官需要重新思考他们看待价值和获得这种价值的方式。他们需要从一个更广泛的角度看待技术在其中所发挥的作用，而且必须敢于超越‘地点’来发现自由。”

Gartner分析师表示，技术可以帮助首席信息官从历史洞察、遗留的商业惯例和偏见中获得自由。通过从历史洞察中获得的自由，首席信息官能够使用技术来解决世界级问题，这将有助于发现新的价值来源。

例如历史洞察表明，企业需要收集客户个人信息来创造客户亲密度和价值。但Gartner预测到2024年，40%的人将刻意降低其个人信息的价值，使个人信息难以变现。个人隐私是一个世界级问题，但Gartner认为解决之道将来自于机器学习和合成数据。基于AI的系统可以创建有效、可预测并且高度准确的人工或合成数据集，使个人隐私在未来可能不再会被侵犯。

大多数企业机构都在试图培养具有包容性的领导人，并将减少偏见的工作嵌入到IT领导人的共同工作任务中，但有时这个做法并不管用。克服偏见需要内在响应，这可能意味着有时需要使用机器来指导一个人的道德规范。例如AI可以从负担能力和可获得性的角度帮助评估人们消费各种金融产品的能力，从而提高金融行业的包容性并解决偏见问题。

Plummer表示：“无偏见并不是消除偏见，而是采取行动来最大程度地减少偏见所产生的实际伤害。内在的偏见需要通过内在的响应来克服！首席信息官应要求在技术中嵌入能够最大程度减少偏见的支持，从而系统性地应对真正的伤害并确认减少伤害的方法。”

关于Gartner

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