德州儀器：突破傳統(tǒng)電源設(shè)計(jì)功率密度

在今日的科技領(lǐng)域中，電源設(shè)計(jì)的重要性不言而喻。如何在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的功率，提供卓越的功率密度，一直是工程師們面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。在這個(gè)技術(shù)痛點(diǎn)下，德州儀器在3月6日召開了新品發(fā)布會(huì)，推出兩款全新的功率轉(zhuǎn)換器件產(chǎn)品系列，不僅將幫助工程師們突破電源設(shè)計(jì)的極限，更將為他們帶來前所未有的創(chuàng)新體驗(yàn)。

據(jù)了解，德州儀器此次發(fā)布的兩個(gè)全新產(chǎn)品系列，分別是采用熱增強(qiáng)封裝技術(shù)的100V GaN功率級(jí)，以及業(yè)界超小型1.5W隔離式直流/直流模塊。這兩款產(chǎn)品以其卓越的性能和出色的設(shè)計(jì)，為汽車和工業(yè)應(yīng)用提供了全新的解決方案。

業(yè)界超小型 100V 集成式 GaN 功率級(jí)

首先，我們來看看德州儀器第一款新品——100V GaN功率級(jí)。作為第三代半導(dǎo)體，氮化鎵相比傳統(tǒng)的硅器件有更低的開關(guān)損耗。德州儀器氮化鎵產(chǎn)品業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人楊斐博士表示：“我們把氮化鎵的優(yōu)勢(shì)也發(fā)揮到了新一代 100V 的 GaN 中。我們做這個(gè)產(chǎn)品的時(shí)候，選擇把驅(qū)動(dòng)和 GaN 集成在一起，而且設(shè)計(jì)了半橋和單管這兩種模式去滿足不同的應(yīng)用場合。通過減少損耗，可以把電源的設(shè)計(jì)頻率推高。頻率推高之后，電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，包括電感、變壓器和母排電容尺寸等都可以相應(yīng)降低，從而使電源級(jí)系統(tǒng)的功率密度實(shí)現(xiàn)很高的提升?！?/p>

楊斐博士在微型逆變器案例中介紹到：“微型逆變器中，如果用硅的設(shè)計(jì)，效率大約在 94-96% 之間；如果采用 GaN，由于開關(guān)損耗的減小，整機(jī)的效率可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提升，根據(jù)我們的參考設(shè)計(jì)，能達(dá)到 98% 以上的效率，從而給家用光伏系統(tǒng)或儲(chǔ)能系統(tǒng)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。從功率密度的角度來看，使用了氮化鎵器件后能提升頻率，從而減小系統(tǒng)體積，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率密度的大幅提升。從電源設(shè)置的角度來看，當(dāng)頻率提高后，包括輸出電容、電感等被動(dòng)元件的尺寸都會(huì)減小，這些組件減小之后，系統(tǒng)的 BOM 也會(huì)隨之減小?！?/p>

該產(chǎn)品采用了熱增強(qiáng)雙面冷卻封裝技術(shù)，能夠簡化中壓應(yīng)用的熱設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)超高的功率密度。同時(shí)這種封裝技術(shù)還能夠使器件從兩面高效散熱，從而降低了熱阻，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。這對(duì)于需要長時(shí)間、高負(fù)荷運(yùn)行的設(shè)備來說，無疑是一大福音。據(jù)德州儀器方面介紹，通過使用這款功率級(jí)，工程師們可以將解決方案尺寸縮小40%以上，并將開關(guān)損耗降低50%。這一創(chuàng)新不僅提高了功率效率，也極大地優(yōu)化了電源設(shè)計(jì)的空間布局。

在數(shù)據(jù)中心等場景中，這種高功率密度的解決方案顯得尤為重要。工程師們可以設(shè)計(jì)更為緊湊的服務(wù)器電源，使得數(shù)據(jù)中心能夠在有限的空間內(nèi)提供更高的處理能力。這不僅滿足了日益增長的數(shù)據(jù)處理需求，還降低了對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)了綠色、高效的運(yùn)營。

1.5W隔離式直流/直流模塊

在全球汽車電氣化的浪潮中，動(dòng)力總成與BMS設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專家們始終在探索新的途徑，力求提升系統(tǒng)整體的功率密度和效率。過去，隔離式輔助電源的設(shè)計(jì)往往依賴于體積龐大、笨重且容易受振動(dòng)干擾的變壓器，這不僅使得整體設(shè)計(jì)布局異常復(fù)雜，還容易引發(fā)較高的輻射EMI問題。

而德州儀器的另一款新品——1.5W隔離式直流/直流模塊，就能夠幫助工程師解決這樣的設(shè)計(jì)難題。這款模塊集成了變壓器，具有業(yè)界超高的功率密度和超小尺寸，采用 4mm×5mm 的 VSOM 封裝，設(shè)計(jì)人員可以將其隔離式輔助電源尺寸縮減 8 倍以上，并將高度降低 75% 以上，BOM 的數(shù)量也可以減半。據(jù)介紹，該模塊可將汽車和工業(yè)系統(tǒng)中的隔離式輔助電源尺寸縮小89%以上。這一創(chuàng)新使得工程師們能夠在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的功率輸出，從而提高了系統(tǒng)的整體性能。

據(jù)介紹，UCC33420-Q1 是目前市場上率先采用超小型封裝且符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的 1.5W 隔離式直流/直流模塊，可助力設(shè)計(jì)人員滿足業(yè)內(nèi)對(duì)更小和更輕的汽車系統(tǒng)，例如 BMS 和 OBC 這種小型化的要求。

值得一提的是，新品還具備出色的電磁干擾（EMI）抑制能力。通過采用德州儀器的集成變壓器技術(shù)和簡單的濾波器設(shè)計(jì)，工程師們可以輕松滿足嚴(yán)格的電磁干擾要求，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

隨著科技的不斷發(fā)展，電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域的需求也在不斷升級(jí)。德州儀器此次推出的全新功率轉(zhuǎn)換器件產(chǎn)品系列，正是針對(duì)這一需求而設(shè)計(jì)的。它們不僅為工程師們提供了更為靈活和高效的解決方案，還推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。未來的電源設(shè)計(jì)的趨勢(shì)必將是更加智能化、高效化和綠色化。我們期待德州儀器為電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來更多的創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品。