TI發(fā)布新一代直流降壓器和GaN高壓產(chǎn)品，將功率密度提升到新高度

為了追求更輕巧的外形、更高效地充放電，功率密度的提升已經(jīng)成為了業(yè)界對(duì)于電源器件的設(shè)計(jì)追求。不僅要精進(jìn)電源IC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且得選擇合適的材料，還要在工藝和封裝上下功夫。TI在電源管理領(lǐng)域持之以恒地進(jìn)行研發(fā)和創(chuàng)新，近日在降壓產(chǎn)品和高壓電源這兩條產(chǎn)品線發(fā)布了全新的更高功率密度型產(chǎn)品。

德州儀器副總裁兼降壓開關(guān)電源產(chǎn)品業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Mark Gary和高壓電源應(yīng)用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部氮化鎵(GaN)功率器件產(chǎn)品線經(jīng)理Steve Tom先生進(jìn)行了精彩地演講。

應(yīng)對(duì)更高功率密度需求的降壓器

Mark先生首先展示了在電壓轉(zhuǎn)換器方面，TI產(chǎn)品的功率密度的演化歷程。以寬輸入電壓轉(zhuǎn)換器(36V輸入，3A電流輸出)來(lái)看，TI在1989年時(shí)可以提供異步降壓器,它的尺寸是50X50mm²,頻率只有52kHz,而且需要一個(gè)續(xù)流二極管作為外圍電路器件，功效只能達(dá)到77%。到2008年，同樣是異步降壓器但是功效已經(jīng)可以達(dá)到84%，尺寸也已經(jīng)從50X50mm²減小到了25X20mm²。然后到2014年，TI發(fā)布了同步的降壓器產(chǎn)品，將外部二極管集成到內(nèi)部，同時(shí)將功效、頻率參數(shù)進(jìn)一步提升。而到了今天，在15X16mm²的面積上，TI就可以實(shí)現(xiàn)2.1MHz的功率和93%的功效，而且還可以將輸出電流提升至6A。

在低輸入電壓轉(zhuǎn)換器這邊，以5.5V輸入，4A輸出的為例，產(chǎn)品公里處密度已經(jīng)從2008年的60mW/mm²提升到了現(xiàn)如今的470mW/mm²;面積也由15X20mm²減小到了5.2X6.5mm²。

TI此次發(fā)布的LMZM33606電源模塊，正如上文所提及，LMZM33606支持36V的輸入，6A電流的輸出，已經(jīng)達(dá)到了2.1MHz的頻率，高達(dá)93%的功效。據(jù)Mark先生介紹，該電源模塊有三個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：首先EMI特性優(yōu)良。因?yàn)殡娏鳝h(huán)路是高頻的，而且電容也已經(jīng)集成進(jìn)去，因此可以將電源回路做的更小，從而減少EMI。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是功率密度更高，因?yàn)椴捎昧司哂谐蜔嶙璧腝FN封裝集成了高頻率輸入，濾波電容器與屏蔽電感器，在小于250mm²的面積上提供完整的解決方案。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以采用webench進(jìn)行設(shè)計(jì)。

另一個(gè)最新發(fā)布的降壓產(chǎn)品是TPS62827，這是一個(gè)5.5V輸入，4A輸出的降壓轉(zhuǎn)換器。該產(chǎn)品輸出精度較高，采用DSC抗旨?？梢詫⒕瓤刂圃?%偏差范圍內(nèi)，適用于處理器和FPGA的應(yīng)用。此外該器件的功率密度較高，芯片尺寸只有1.5mm²，外圍器件較少。TPS62827除了4A的參數(shù)外，還提供了2A~3A的型號(hào)，如果客戶不需要4A這么高的電流輸出，那么也可以使用2A~3A的來(lái)進(jìn)行pin to pin的替換。從而減少PCB的修改成本。

高壓電源方面實(shí)現(xiàn)GaN級(jí)功率密度的提升

想要在高電壓場(chǎng)景內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的功率密度，GaN是一種非常明確的技術(shù)走向。在此次發(fā)布會(huì)上，TI也發(fā)布了其全新的高壓電源產(chǎn)品，采用GaN技術(shù)的LMG341x系列。據(jù)Steve先生介紹，TI的LMG341x集成度更高，可以把外圍的保護(hù)電路也集成到芯片里面，因此芯片外圍電路可以減少，整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)就可以更小，因此功率密度可以做到更高。

上圖中展示了一個(gè)100kHz的變壓器與1MHz集成變壓器的設(shè)計(jì)對(duì)比。GaN器件可以直接跑到1MHz，但是SiC只能跑到幾百kHz，因此在大功率電源應(yīng)用方面，GaN功率器件的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

Steve先生還展示了TI用于工業(yè)和電信設(shè)計(jì)的兩款參考設(shè)計(jì)。上圖中右側(cè)的是1.6KW的PFC，采用CRM的PFC參考設(shè)計(jì)，頻率是1MHz，相比傳統(tǒng)的PFC幾十k或幾百k，這個(gè)1MHz已經(jīng)提升得比較高，它的效率也是比較好，98.7%的效率。所以在服務(wù)器、通信電源等大功率應(yīng)用里是一種更好的選擇。

TI此次推出的三款產(chǎn)品，分別來(lái)自降壓DC/DC-開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)品家族和高壓電源產(chǎn)品家族，但是都有著同一個(gè)特點(diǎn)，那就是對(duì)于功率密度的更高追求。隨著這些高功率密度器件的應(yīng)用，電源產(chǎn)品將會(huì)在小型化方面做的更好，沉重又笨拙的電源將逐漸被取代。