分析電源管理行業(yè)呈現(xiàn)的五個(gè)重要技術(shù)趨勢(shì)

電源管理行業(yè)正呈現(xiàn)出五個(gè)重要趨勢(shì)：

1. 高功率密度：可以在降低系統(tǒng)成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更多的系統(tǒng)功能。

2. 低EMI：盡可能減少對(duì)其他系統(tǒng)元器件的干擾，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和認(rèn)證流程。

3. 低靜態(tài)電流（IQ）：延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間和存放時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更多功能，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命，降低系統(tǒng)成本。

4. 低噪聲、高精度：降低噪聲，從而簡(jiǎn)化電源鏈路，提高精密模擬應(yīng)用的可靠性。

5. 隔離：在高壓和關(guān)鍵安全應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更高的工作電壓和更高的可靠性。

在未來5到10年，這五個(gè)重要指標(biāo)決定了一家公司是否能夠繼續(xù)在電源管理行業(yè)處于領(lǐng)導(dǎo)地位。

同時(shí)，在生態(tài)環(huán)境方面，全球?qū)?a target="_blank">信息交換和互聯(lián)互通的需求也一直在不斷上升。因此，對(duì)于新功率器件、分布式電源管理，以及產(chǎn)品如何在更小的應(yīng)用和更小的終端產(chǎn)品尺寸下，一樣能夠滿足同等功率甚至更高功率的需求，就成為這個(gè)行業(yè)里非常迫切、重要的話題。

日前，德州儀器（TI）針對(duì)上述五個(gè)趨勢(shì)一口氣介紹了五款創(chuàng)新電源器件。今天，EDN就帶大家了解下它們相比既有器件實(shí)現(xiàn)了怎樣的性能提升。

升降壓電池充電器BQ25790/2：功率密度提高50%，充電速度提高3倍

“為什么功率密度對(duì)于功率器件，尤其是小封裝產(chǎn)品，會(huì)非常重要？”德州儀器電源管理解決方案產(chǎn)品線經(jīng)理Samuel Wong表示，可以從兩點(diǎn)來看：

首先，如果有高功率密度，那么就可以有更高的充電功率和充電電流，也即可以在30分鐘的時(shí)間里將電池充滿或者充70%左右的電量。

其次，高功率密度可以有更高效的充電效率，也即充電損耗會(huì)更小，在充電的過程中所帶來的熱耗散也更小，充電過程中的溫度提升也會(huì)比較少。

BQ25790和BQ25792是新一代升降壓充電IC，可以支持高達(dá)5A的充電，1-4節(jié)充電電池?？梢赃m配當(dāng)前USB Type-C、PD的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)支持無線雙輸入充電。它將傳統(tǒng)的5到10W輸入端口提升到了100W，可以給多種應(yīng)用提供更大的充電功率。此外，這款I(lǐng)C可以在降壓模式與升壓模式下工作，也可以根據(jù)需求工作在升降壓狀態(tài)下而滿足更廣泛的應(yīng)用范圍。

“這款升降壓IC集成了很多外部器件，包含功率MOSFET、電池FET、電流檢測(cè)電路和雙輸入選擇器。它有著很高的功率密度，比同類產(chǎn)品高50%，達(dá)到155mW/mm2，其整體應(yīng)用面積也會(huì)更小一些。例如，如果在30W場(chǎng)景下對(duì)電池進(jìn)行充電，這顆芯片可以達(dá)到97%的效率，而在整個(gè)充電過程中，幾乎感受不到它的發(fā)熱。“

除了很好的功率密度設(shè)計(jì)之外，這顆器件還具有1μA的低IQ設(shè)計(jì)，也即在一年的存儲(chǔ)狀態(tài)下，其電量損耗僅有大概0.05%。

這顆器件除了智能手機(jī)、平板電腦之外，也可以去支持更多的工業(yè)類應(yīng)用，比如醫(yī)療類產(chǎn)品?！艾F(xiàn)在一些醫(yī)療產(chǎn)品也會(huì)需要更大的功率器件，因?yàn)閮?nèi)部具有電機(jī)。這款產(chǎn)品可以讓醫(yī)療產(chǎn)品享受到更快速、溫度更低的充電體驗(yàn)，并且不需要專門的適配器，可直接使用USB標(biāo)準(zhǔn)下的通用適配器來完成快速充電?！盬ong解釋說。

可堆疊DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器TPS546D24A：實(shí)現(xiàn)大電流FPGA和處理器電源功率密度更大化

TPS546D24A是一款針對(duì)大電流FPGA或處理器設(shè)計(jì)的DC/DC轉(zhuǎn)換器。這款產(chǎn)品的亮點(diǎn)是它可以堆疊，單顆產(chǎn)品可以支持40A電流?！爱?dāng)你堆疊4顆時(shí)可以支持最高160A電流。本身尺寸也非常小，是一個(gè)5mm×7mm的無引腳QFN封裝。同時(shí)，這款產(chǎn)品開關(guān)頻率高達(dá)1.5MHz。”德州儀器降壓DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓器副總裁Mark Gary介紹說。

TPS546D24A具有以下優(yōu)勢(shì)：

1. 電源更?。嚎蓽p少電路板中多達(dá)6個(gè)外部補(bǔ)償元件。

2. 熱性能更佳：實(shí)現(xiàn)8.1℃/W的低熱阻，工作溫度比其他DC/DC轉(zhuǎn)換器低13℃。

3. 在高開關(guān)頻率下提高效率：采用0.9mΩ低邊MOSFET，比其他DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器效率高3.5%。

4. 滿足嚴(yán)格的電壓精度要求：輸出電壓誤差小于1%，具有管腳復(fù)用可配置性，可幫助用戶針對(duì)故障報(bào)告實(shí)現(xiàn)更精確的電流監(jiān)控。

“在85℃的環(huán)境溫度下，這款產(chǎn)品可以堆疊4顆，提供高達(dá)160A的電流支持。現(xiàn)在市場(chǎng)上有許多有線網(wǎng)絡(luò)、5G基站基礎(chǔ)設(shè)施、企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)中心都是建設(shè)在比較嚴(yán)峻的環(huán)境下，但是同時(shí)卻需要提供非常大的電流和功率密度。這款產(chǎn)品能夠4顆堆疊，因此與市場(chǎng)上的同類電源IC相比電流高出4倍?！盙ary補(bǔ)充說。

TPSM53604：小尺寸36V、4A電源模塊將解決方案尺寸減小30%

TPSM53604電源模塊產(chǎn)品是個(gè)5mm×5.5mm QFN封裝，這個(gè)產(chǎn)品的高度取決于模塊里集成的電感。這款產(chǎn)品可支持效率高達(dá)95%、總面積為85mm2的單面布局設(shè)計(jì)。

TPSM53604的優(yōu)勢(shì)：

1. 電源更小更簡(jiǎn)單：采用標(biāo)準(zhǔn)的QFN封裝，可為常見的24V、4A工業(yè)應(yīng)用提供最小解決方案。

2. 高效散熱：能夠在高達(dá)105℃的環(huán)境溫度下工作。

3. EMI優(yōu)化設(shè)計(jì)：滿足CISPR 11 B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

TPSM53604的亮點(diǎn)：

在工廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等各種嚴(yán)苛的工業(yè)應(yīng)用中，這款產(chǎn)品可以幫助工程師有效地將產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸減少30%，并且將功耗減少50%。“這樣的設(shè)計(jì)能夠提供更大的效益，包含它們本身也能夠節(jié)省產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的周期，并且能夠讓產(chǎn)品更快速地推出到市場(chǎng)?！盙ary表示。

UCC12050/40：變壓器集成技術(shù)將隔離式供電做到IC內(nèi)部

UCC12050/40采用變壓器集成技術(shù)，將隔離式輸電做到了非常小的IC封裝內(nèi)部，能夠提供500mW高效隔離式DC/DC電源。

“在業(yè)內(nèi)所有的電源設(shè)計(jì)EMI都是一個(gè)很重要的課題。這款產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)界最低的EMI，它也是第一款采用TI新型專有變壓器集成技術(shù)的產(chǎn)品。”Gary介紹說。

UCC12050的優(yōu)勢(shì)：

1. 提高功率密度：其功率和功率密度是市場(chǎng)同類解決方案的2倍。

2. 低EMI：集成式變壓器具有更低的初級(jí)和次級(jí)電容，能夠優(yōu)化EMI的性能。

3. 增強(qiáng)隔離、寬溫度范圍：具有8mm爬電距離和電氣間隙的增強(qiáng)隔離，可在地電位不同時(shí)提供保護(hù)和魯棒性。

UCC12050的亮點(diǎn)：

1. 可以提供更小的器件尺寸，進(jìn)而將終端產(chǎn)品或應(yīng)用解決方案尺寸縮小。

2. 在業(yè)內(nèi)，運(yùn)輸、電網(wǎng)架構(gòu)、醫(yī)療應(yīng)用都非常需要這樣的隔離解決方案，從而對(duì)220V輸入和低壓輸出提供隔離。這樣的隔離方案能夠確保產(chǎn)品在這樣的高低電位差下受到保護(hù)，并能夠正常地工作。

GaN最新的規(guī)劃與進(jìn)展

首先來看下TI GaN的三個(gè)方面：

1. GaN能夠讓DC/DC電源實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度。在開關(guān)的過程中，就會(huì)產(chǎn)生功耗和熱量損失。因此，如果把開關(guān)速度加快，就能夠把功耗以及過沖減少。目前，GaN可以達(dá)到150V/ns的速度，開關(guān)頻率高達(dá)2MHz甚至10MHz以上。

2．可靠性。TI內(nèi)部已經(jīng)有超過3000萬小時(shí)的可靠性實(shí)驗(yàn)資料，能夠確保這種產(chǎn)品終身的可靠性。

3. TI對(duì)于GaN新元素和概念的規(guī)劃。TI的GaN會(huì)在自己的工廠和供應(yīng)鏈生產(chǎn)，適用于TI現(xiàn)在對(duì)客戶所支持的不間斷業(yè)務(wù)。再以長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃來說，雖然現(xiàn)在GaN的成本是高于硅的，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看GaN更具有發(fā)展趨勢(shì)——它的成本是能夠低于現(xiàn)在的硅的，并且它還具有把產(chǎn)品尺寸縮小，減少熱和功耗損失的優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)在TI已量產(chǎn)150mΩ、70mΩ和50mΩ GaN FET產(chǎn)品。在2018年TI也和西門子一起展示了業(yè)界首個(gè)采用GaN的10kW云電網(wǎng)鏈路。最近TI也展示了其自主研發(fā)的對(duì)流冷卻、900V/5000W的雙向AC/DC平臺(tái)。這一平臺(tái)將能進(jìn)一步拓展GaN在汽車、電網(wǎng)儲(chǔ)能、太陽能等新型應(yīng)用中的采用，Gary介紹說，“雖然業(yè)界在2015年左右才陸陸續(xù)續(xù)有這樣的話題和需求，但是TI從2010年就開始了自主研發(fā)，因此TI在過去十年已有非常好的積累?！?/p>

基于TI GaN的900V、5kW雙向轉(zhuǎn)換器，可以在無風(fēng)扇的情況下實(shí)現(xiàn)高達(dá)99.2%的峰值效率。這個(gè)方案可拓展、可堆疊，其功率密度能比傳統(tǒng)的IGBT方案高出3倍左右。這樣的解決方案，也包括C2000數(shù)字控制器產(chǎn)品，能夠幫助用戶實(shí)現(xiàn)完整的方案設(shè)計(jì)。