随着科技的飞速发展,不断涌现的新产品对电源的需求越来越高。那么,对于电源设计者来说,如何在更小尺寸中实现更高的功率就成为了关键。

【创】随着科技的飞速发展,不断涌现的新产品对电源的需求越来越高,例如汽车、笔记本电脑、手机以及工业等应用领域,对电源本身的需求与日俱增。根据IDC的统计数据,到2020年将有超过500亿的终端与设备联网。那么,对于电源设计者来说,如何在更小尺寸中实现更高的功率就成为了关键。

在这一领域,仪器（TI）正在通过持之以恒的研发创新,为设计师带来更新的电源产品。日前,TI推出了业内最高功率密度和超小尺寸的LMZM33606电源模块和TPS62827降压转换器,来满足更高功率密度需求的趋势。

仪器副总裁兼降压开关电源产品业务部总经理Mark Gary表示,TI每一代的产品和上一代相比,不光是芯片本身的尺寸,整体的方案尺寸也在变小,电源的趋势都会持续地变得更小。除了芯片本身尺寸变小之外,产品集成度也会越来越高,包括外置电感和电容TI都会做集成方案,使得设计更简单,系统设计更可靠。

宽输入电压转换器功率密度演化的发展主要是频率的变化,TI的产品从52kHz到2.1MHz,尺寸变得更小,不仅提高了频率,而且还提升了功效。

此次推出的LMZM33606电源模块是一款易于使用的集成式电源解决方案,它在一个薄型封装中整合了一个具有功率MOSFET的6A直流/直流转换器、一个屏蔽式电感器和多个无源器件。此电源解决方案仅需四个外部组件,并且省去了设计流程中的环补偿和磁性元件选择过程。

该器件采用16mm×10mm×4mm、41引脚QFN封装,可轻松焊接到印刷电板上,并可实现紧凑的薄型负载点设计。包括电源正常、可调节软启动、、同步、可编程 UVLO、预偏置启动、可选自动或 FPWM 模式以及过流和过热在内的全套功能使LMZM33606非常适合为各种应用供电。

第一,EMI特性优良,开关电源是EMI的主要来源,模块把电容集成可以把电流环做得更小,这样就可以满足很多EMI标准。从模块规格上,可以满足EN55011和CISPR11辐射的标准。所以,工程师不再需要花时间调试EMI性能。

第二, 功率密度,将被动元器件,如电感、电容、电阻器件等集成到芯片里,采用QFN封装,下面是基板。因为有基板存在,所以热阻比较小,散热也比较好。再加入一些屏蔽电感,屏蔽电感比传统的电感EMI性能更高。

第三,WEBENCH工具使设计变得简单,TI支持使用WEBENCH在线设计,为用户提供便利,只需将输入输出参数放到WEBENCH里,易于算出电容和电阻。

基于电源模块抗EMI性强、功率密度高、更可靠的特点,其典型应用是测量测试的仪器。测量测试指测量测试数据,需要准确地采集数据,电源模块因其EMI性能较好,对的干扰较少,测量测试的精度和准确度会更高。

因此,电源模块在市场和应用方面,首先是医疗仪器,例如CT,由于本身空间较小,对数据要求较高,EMI性能较好,整个产品性能也会得到更好的提升。其次就是工业或工厂自动化,对电源需求更高,功率更大。除此之外,任何需要小体积、EMI优势的地方,都可以使用电源模块。

同时,TI还推出了全新的降压转换器TPS62827,5.5V输入,4A输出,具体来说拥有三大优点：首先、紧凑的输出电压准确性优秀的输出电压精度。DCS控制拓扑与1% Vout准确性,在所有工作条件下支持处理器与现场可编程门阵列 (FPGA)。DCS控制技术与1% 输出精度,适合处理器 与现场可编程门阵列(FPGA)供电。

其次、减小电板尺寸,微型尺寸为1.5mm x 1.5mm的 QFN包装,达到在34mm的面积上提供完整的解决方案。

第三、简化设计。可扩展性,能实现设计灵活性,在新的 WEBENCH电源设计中,仅需3个外部部件就能设计电源。

在市场和应用方面,Mark Gary表示,由于TPS62827产品尺寸紧凑,具有稳定的散热和抗电磁干扰性能,广泛应用于各种DC/DC产品。第一种是SSD固态硬盘的应用；第二种是楼宇自动化,使用锂电池,单节电池供电；第三种是PE应用,使用低压电池5V供电；第四种通信设备,通信设备对EMI的要求比较高。总之,凡是需要小体积、低EMI和二级电源低于5.5V输入的地方都可以使用此产品。

氮化镓（GaN）也是近来比较受关注的新技术。仪器近日宣布推出支持高达10kW应用的新型即用型600 V氮化镓（GaN）,50m和70m功率级产品组合。与AC/DC电源、机器人、可再生能源、电网基础设施、电信和个人电子应用中的硅场效应晶体管（FET）相比,LMG341x系列使设计人员能够创建更小、更高效和更高性能的设计。

仪器的GaN FET器件系列产品通过集成独特的功能和特性,来实现简化设计,达到更高的系统可靠性和优化高压电源的性能,为传统级联和的GaN FET提供了智能替代解决方案。通过集成的100ns电流和过温检测,器件可防止意外的直通事件并防止热失控,同时系统接口信号可实现功能。

首先,更小、更有效的解决方案：与硅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）相比,仪器的集成GaN功率级可将功率密度提高一倍,并将损耗降低80%。每个器件都具有快速的1MHz开关频率和高达100V/ns的压摆率。

其次,拥有超强的系统可靠性：产品组合接受了2000万小时的设备可靠性测试,包括加速和应用内硬开关测试。此外,每个器件均提供集成的散热和高速、100ns过流,以防止直通和短情况。

第三,每个功率级的设备：50m或70m条件下,产品组合中的每个器件均提供一个GaN FET、驱动器并提供功能,可为低于100W至10kW的应用提供单芯片解决方案。

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表示,新技术刚开始使用的时候会贵一些,随着整个市场的成熟,越来越多的客户使用,整体价格趋势会逐渐降低；GaN相对传统硅的频率可以跑到1MHz,外围的电感和电容尺寸可以变得更小。

在应用领域方面,GaN从小功率到大功率应用范围非常广泛,小功率例如PE、手机充电器、笔记本充电器,一般几十瓦或100多瓦；大到工业自动化和机器人,还可以应用于电力基础设施和新能源应用,例如充电桩,功率可以从几百瓦到几千瓦,对功率的需求会越来越多,对可靠性的要求也会越来越高,因此,GaN都常合适的选择。

为了能够让用户更加简单方便的使用TI的产品,在TI官网也提供了很多资源供用户查看和下载。首先,TI全新的WEBENCH设计工具已经上线,方便用户使用TI的产品；同时,TI也和《电源设计基础》的原版作者全集成PWM控制器之父Robert Mammano有所合作,翻译出版了全新中文版本,可以让客户或工程师除了使用TI产品之外也可以更多地学习到电源知识,更方便地使用电源产品的选型和设计,让客户在电源知识方面有所成长。