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)界對于電源器件的設計追求。不僅要精進電源IC的內部結構設計，而且得選擇合適的材料，還要在工藝和封裝上下功夫。TI在電源管理領域持之以恒地進行研發(fā)和創(chuàng)新，近日在降壓產品和高壓電源這兩條產品線發(fā)布了全新的更高功率密度型產品。

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

應對更高功率密度需求的降壓器

Mark先生首先展示了在電壓轉換器方面，TI產品的功率密度的演化歷程。以寬輸入電壓轉換器(36V輸入，3A電流輸出)來看，TI在1989年時可以提供異步降壓器,它的尺寸是50X50mm²,頻率只有52kHz,而且需要一個續(xù)流二極管作為外圍電路器件，功效只能達到77%。到2008年，同樣是異步降壓器但是功效已經(jīng)可以達到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品，將外部二極管集成到內部，同時將功效、頻率參數(shù)進一步提升。而到了今天，在15X16mm²的面積上，TI就可以實現(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。

在低輸入電壓轉換器這邊，以5.5V輸入，4A輸出的為例，產品公里處密度已經(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)達到了2.1MHz的頻率，高達93%的功效。據(jù)Mark先生介紹，該電源模塊有三個顯著的優(yōu)點：首先EMI特性優(yōu)良。因為電流環(huán)路是高頻的，而且電容也已經(jīng)集成進去，因此可以將電源回路做的更小，從而減少EMI。第二個優(yōu)點是功率密度更高，因為采用了具有超低熱阻的QFN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。第三個優(yōu)點是可以采用webench進行設計。

另一個最新發(fā)布的降壓產品是TPS62827，這是一個5.5V輸入，4A輸出的降壓轉換器。該產品輸出精度較高，采用DSC抗旨?？梢詫⒕瓤刂圃?%偏差范圍內，適用于處理器和FPGA的應用。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，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的來進行pin to pin的替換。從而減少PCB的修改成本。

高壓電源方面實現(xiàn)GaN級功率密度的提升

想要在高電壓場景內實現(xiàn)更高的功率密度，GaN是一種非常明確的技術走向。在此次發(fā)布會上，TI也發(fā)布了其全新的高壓電源產品，采用GaN技術的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)設計就可以更小，因此功率密度可以做到更高。

上圖中展示了一個100kHz的變壓器與1MHz集成變壓器的設計對比。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用方面，GaN功率器件的優(yōu)勢非常明顯。

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

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