2018年11月06日 | 为高功率密度而生，TI 全新一代电源产品登场

我们如何让下一代可穿戴产品尺寸更小、厚度更薄、以及重量更轻，同时延长电池使用寿命？电源电子产品如何实现更高的工厂自动化水平？如今数据中心每个服务器机架功率有 30 kW，如何管理更高的功率？

在电源性能上，我们的需求似乎永无止境。对电源设计者而言，如何在更小尺寸内实现更高的功率将变成主流的设计趋势，也正为了顺应这一趋势，TI 近日推出了 2 大系列产品。

电压转换器的蜕变

TI 副总裁兼降压开关电源产品业务部总经理 Mark Gary

TI 副总裁兼降压开关电源产品业务部总经理 Mark Gary对比了TI 电压转换器产品的发展历程：

1989年：TI 产品尺寸是50mm×50mm，当时的频率很低，只有52kHz；它是异步Buck，外部还需要加个续流二极管工作，功效只有77%。

2008年：同类产品的性能有所提升，频率可以达到1MHz，同样是异步产品，单纯频率的提高，已经把尺寸从50mm×50mm减少到25mm×20mm，其功效也提高到84%。

2014年：TI发布了同步产品，把外置二极管集成到芯片内部，同时将频率提升到2.1MHz。同步技术的发展，将功效提高到89%。

如今：目前的3A分立方案电源，其频率已经高达2.1MHz，效率高达93%。基于 TI 最新电源模块 LMZM33606 的产品，其电流高达 6 A，但是尺寸基本与 3A产品尺寸相当，且大大节省了外围器件的数量。

与现有的产品相比，LMZM33606 的突出优势主要表现在：

优良的EMI特性：紧凑的电流回路有效降低了电磁干扰，这样可以满足很多EMI标准。从模块规格上看，它可以满足EN55011（CISPR11）B类辐射发射标准测试。

高功率密度：具有超低热阻的 QFN 封装，继承了高频率输入滤波电容器与屏蔽电感器，在小于250 mm²的面积上提供完整的解决方案。

简化设计：开发者可以使用TI 在线设计工具WEBENCH^®使设计变得简单，仅需 4 个外部部件就能设计电源。

Mark介绍，正是由于 LMZM33606 具有抗 EMI性好、功率密度高、更可靠的特点，可以广泛应用于任何需要小体积、优良 EMI 特性的应用，尤其适用于测试与测量、医疗与成像以及工业与工厂自动化等应用。据悉，LMZM33606 电源模块评估板已经开始供货，购买价格为 49美元，可以实现从3.5V到36V的宽电压输入，支持高达6A电流输出，输出电压为1-20V。

同时发布的TPS62827，是一款5.5V输入的低压产品。 Mark 也对此类产品做了一个对比：2008年的产品，其频率只有1MHz，功率密度只有60mW/mm²，到2014年其频率提高到1.4MHz，功率密度只有210mW/mm²，本次发布的产品TPS62827，其频率高达2.2MHz，且功率密度达到470mW/mm²。

与以往产品相比，TPS62827降压转换器的优势主要体现在：

优秀的输出电压精度：该产品采用DCS控制拓扑，可以将输出电压精度控制在1%（偏差）范围内，在所有工作条件下支持处理器和FPGA应用。

减小电路板尺寸：微型尺寸为1.5mm×1.5mm的QFN包装，达到在34mm²的面积上提供完整的解决方案，外围的部件也较小，板子的功率密度很高。

简化设计：除4A产品外，TI还提供2A、3A pin to pin产品，如果客户不需要大电流，可以使用pin to pin与其置换,可实现灵活扩展。通过WEBENCH^®在线仿真和设计，仅需 3 个外部部件就能设计电源。

正是由于产品尺寸紧凑、具有稳定的散热和抗电磁干扰性能，5.5V的输入电压，广泛应用于需要小体积、低 EMI 和二级电源低于 5.5V输入的应用，其中典型的应用包括固态数据存储、楼宇自动化、便携式电子设备以及通信设备。据悉，该TPS62827电源模块评估板已经开始供货，购买价格为 49美金。

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GaN 所带来的变革

近年来， GaN（氮化镓）作为高频词，已然频繁出现在人们的视野，并正在为电力工程行业带来变革。它实现了以往硅 MOSFET 从未达到的高速、效率提升水平和更高功率密度。

TI 高压电源应用产品业务部氮化镓（GaN）功率器件产品线经理 Steve Tom介绍，频率提高使体积减小是GaN技术显著的特点。传统电压器设计，600V输入时，一般只有100kHz频率，且变压器体积会非常大，整体重量大于650g。而TI的GaN产品工作频率可以高达1MHz，是传统频率的10倍，理论上可以把电感和电容的尺寸减小10倍，实际就整个体积而言，使用GaN产品的设计比传统设计可以减小6倍。

TI 高压电源应用产品业务部氮化镓（GaN）功率器件产品线经理 Steve Tom

TI 本次发布的GaN高压产品LMG341x，其输入电压高达600V，其功率级的优势如下：

更高的功率密度和效率：GaN功率级功率密度是硅 MOSFET的两倍，而功率损耗降低了 80%，具有高达 MHz级的切换频率。

用于各种功率等级的设备：充分集成的驱动器、FET和 50 mΩ、 70 mΩ保护以及扩展产品组合为应用提供了单片解决方案，范围在低于 100W至10kW。 

简化设计：AC-DC、隔离DC-DC以及逆变器拓扑设计的全面产品组合便于设 计，并且上市速度更快。同时，TI 官网基于用户的需求，提供软、硬件的参考设计，这样用户在使用TI的产品时不需要花很多时间研究，只要模仿和学习就可以非常快地把产品做起来。

系统可靠性：TI 的 GaN 器件所采用的 GaN 技术通过了 2,000 万小时的实际应用硬开关器件可靠性加速测试，可在器件和系统级别为工程师提供可靠性。

正是由于这些特性， GaN功率应用范围可以从瓦到上千瓦。小到几十瓦的个人电子产品，到几百瓦的电机发动机与机器人，再到几十千瓦的电网基础设施等应用，对功率的需求会越来越多，对可靠性的要求也会越来越高，所以，如果需要找到尺寸更小、效率更高以及性能更有的解决方案，GaN就可以是合适的选择。

为了让客户使用起来更方便，TI 发布了用于工业和电信设计的参考设计TIDM-1007、TIDA-00961，如果客户有 PFC 设计需求，同时使用 TI GaN，设计者可以很方便地从网上下载参考设计，结合客户的需求再改，使PFC的参考设计变得更便利。此外，TI 还提供了包括产品、设计资源、培训、技术支持、研发、工艺与封装以及销售支持的完整电源设计生态系统，同时通过 WEBENCH在线设计工具可以提供选择、定制、模拟和导出功能。近日，来自 TI 和全集成 PWM控制器之父 Robert Mammano的《电源设计基础》简体中文版已经在中国发布，工程师可以学习到更多的电源知识、更方便地使用电源产品的选型和设计，该书已经可以在京东购买。