電源管理IC是電子產(chǎn)品和設(shè)備中至關(guān)重要的一環(huán)，負責(zé)電子設(shè)備所需的電能的變換,、分配,、檢測等管控功能,。日新月異的電子產(chǎn)品應(yīng)用和節(jié)能環(huán)保的要求對電源管理IC提出了更高的要求,，提高功率密度更是電源管理行業(yè)一直以來的前沿趨勢。

作為電源管理行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè),，TI（德州儀器）在今年上半年陸續(xù)推出了一系列獨具特色的電源管理IC,。在近日舉辦的線上媒體溝通會中，TI又帶來了新一代的高功率密度產(chǎn)品BQ25790和BQ25792,，同時德州儀器降壓DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓器副總裁Mark Gary和德州儀器電池管理解決方案產(chǎn)品線經(jīng)理Samuel Wong也為記者介紹了電源行業(yè)的趨勢并帶來了TI的最新整體解決方案及TI在氮化鎵上的新進展,。

電源管理行業(yè)五大前沿趨勢

“從幾年前開始，TI就一直在關(guān)注電源行業(yè)的前沿趨勢。TI總結(jié)了五個在行業(yè)里重要的指標,，我們認為這五個指標是接下來5-10年決定一個公司是否能夠繼續(xù)在電源管理行業(yè)保持領(lǐng)導(dǎo)地位的重要因素,。”Mark Gary表示,。

（1）高功率密度,。簡單來說，是在更小的面積或是在既有面積不變的情況下,，提供更高的功率,。

（2）低EMI（電磁干擾）。盡量減少對其他系統(tǒng)組件的干擾,，并簡化工程師的設(shè)計和鑒定流程,。這是所有工程師都非常感興趣的一點。

（3）低IQ,。延長電池壽命與儲存時間,、實現(xiàn)更多功能。

（4）低噪度,、高精度,。衡量在一個器件、設(shè)計或本身的產(chǎn)品中不對其他系統(tǒng)或其他模塊產(chǎn)生干擾的指標,，通過降低或轉(zhuǎn)移噪聲可簡化電源鏈并提高精密模擬應(yīng)用的可靠性,。

（5）隔離。未來前沿的電動車系統(tǒng)中,，通常高壓和低壓系統(tǒng)同時存在,，因此一個器件如何在非常嚴苛的環(huán)境下避免被其他系統(tǒng)或模塊干擾，是隔離指標對產(chǎn)品所產(chǎn)生的幫助,。

在TI看來,，未來在這個行業(yè)里5-10年的趨勢不會改變。Mark Gary認為：“全球?qū)τ谝曨l,、信息交換,、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的需求持續(xù)上升，根據(jù)這樣的需求,，對于分布式電源管理和產(chǎn)品如何在不斷縮小的終端產(chǎn)品尺寸下,，一樣能夠滿足同樣的功率甚至提高功率的需求，是行業(yè)中非常迫切且重要的話題,?！?/p>

功率密度提高了50%，降壓-升壓電池充電器BQ25790/2

功率密度為何如此重要,？Samuel Wong從兩方面解釋道：“第一,，如果有高的功率密度,，那意味著可以有更高的充電功率和充電電流，就會有更高的充電效率,；第二,，更高效的充電效率又代表著充電損耗會更小，在充電的過程中帶來的熱耗散會更小,，因此充電過程中的溫度提升會比較少,。”

TI近日最新推出了一款新的升-降壓充電IC產(chǎn)品BQ25790和BQ25792,，可以支持5A的充電,，1-4節(jié)充電電池；可以適配當(dāng)前USB Type-C,、USB PD的標準,；同時支持無線雙輸入充電。它將傳統(tǒng)的5W-10W輸入端口提升到了100W,，可以給更多種的應(yīng)用來提供更大的功率進行充電,。此外，還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,，提供更廣泛的應(yīng)用范圍。

這款升降壓IC集成了很多外部器件,，是TI首個完全集成功率MOSFET,、充電路徑管理FET、輸入電流和充電電流檢測電路和雙輸入選擇驅(qū)動器這些組件的器件,。相較于傳統(tǒng)的升降壓IC的控制器,，它的整體應(yīng)用面積也會更小一些。例如,，在30W場景下對電池進行充電,，這顆芯片可以達到97%的效率，在整個充電過程中,，幾乎不會感受到它的發(fā)熱,。伴隨著高功率密度，在充電的過程中可以提供50%甚至更高的能量,。此外,，這顆器件還有低 IQ的設(shè)計，它的靜態(tài)功耗只有1μA,。在一年的存儲狀態(tài)下,，器件的電量損耗大概在0.05%。

高集成度可以讓開發(fā)者在使用時節(jié)省整體開發(fā)的時間,，同時,，TI提供了更多的設(shè)計參考文件在官網(wǎng)上，能夠幫助開發(fā)者盡快進行終端產(chǎn)品設(shè)計,。

BQ25790/2的應(yīng)用除了在智能手機,、平板電腦等個人電子產(chǎn)品之外，也適合工業(yè)類應(yīng)用,，如醫(yī)療類產(chǎn)品,，這些產(chǎn)品需要更大的功率的器件，USB Type-C,、USB PD接口可以讓醫(yī)療產(chǎn)品享受到更快速以及溫度更低的充電體驗,，且不需要專門的適配器。

高電流,、小尺寸,、隔離，TI新品各具特色

除了近期推出的BQ25790/2,，TI在今年上半年也陸續(xù)推出了多款電源管理IC,，滿足不同應(yīng)用需求。

今年的3月發(fā)布的TPS546D24A是一款針對大電流,、FPGA或處理器設(shè)計的產(chǎn)品,，亮點是，它本身是可以堆疊的DC/DC轉(zhuǎn)換器,，單顆產(chǎn)品可以支持40A電流,，當(dāng)堆疊4顆時可以支持最高160A電流。其尺寸非常小,，采用5 mm×7mm 方形扁平無引線（QFN）封裝,。同時開關(guān)頻率高達1.5M，可以支持非常大的電流,，在非常小的面積下,，提高產(chǎn)品本身的效率。

TPS546D24A除了能夠?qū)崿F(xiàn)在設(shè)計上減少其他的外部元件,，還能夠減少最多達6個外部的補償元件,；由于它擁有了TI特別的QFN封裝，使得熱損耗更小,，相比競品在同等情況下,，熱損耗低13℃；這顆產(chǎn)品擁有非常小的導(dǎo)通電阻,，整體設(shè)計上比其他業(yè)界同款產(chǎn)品效率提高3.5%,；同時支持非常低的電壓輸出，輸出電壓誤差小于1%,，具有管腳復(fù)用可配置性,，在非常高的精確度下,，能夠為產(chǎn)品提供更準確的設(shè)計。

TPS546D24A應(yīng)用場景包括數(shù)據(jù)中心與企業(yè)計算,、無線基礎(chǔ)設(shè)施,、有線網(wǎng)絡(luò)等。在85℃的環(huán)境溫度下,，工程師可以更大限度地提高功率密度,，并提供高達160 A的輸出電流，比市場上其他功率集成電路高四倍,。

今年2月份發(fā)布的TPSM53604是一個36V/4A的電源模塊,，內(nèi)部集成了電感和其他器件，使得產(chǎn)品整體面積縮小30%,。該模塊采用5mm×5.5mm QFN封裝,，產(chǎn)品本身的高度是來自模塊里集成的電感。這款產(chǎn)品可以支持效率高達95%,、總面積為85mm2的單面布局設(shè)計,。產(chǎn)品下有一塊散熱片，能夠達到更高效的散熱目的,。在工業(yè)和其他應(yīng)用方面,，這個產(chǎn)品能夠更優(yōu)化EMI和運行，滿足CISPR 11 B級標準,。

TPSM53604適用于各種各樣嚴苛的環(huán)境下的工業(yè)應(yīng)用,，包括工廠自動化和控制、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,，以及工廠需要的測試和測量儀器,。對于設(shè)計工程師來說，可以將產(chǎn)品設(shè)計尺寸減少30%,，并且功耗能夠減少50%,，也能夠節(jié)省產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的周期，能夠更快速地推出產(chǎn)品,。

今年2月份發(fā)布的UCC12050/40特色在于集成變壓器技術(shù),，能夠?qū)㈦娏鬏敻綦x開來，并且將這樣的功效性能在非常小型的IC尺寸內(nèi)封裝,，能夠提供500mW高效隔離的DC/DC電源,。這款產(chǎn)品是第一款采用TI新型專有集成變壓器技術(shù)的產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)界上更低的EMI效率,。

UCC12050在運輸,、電網(wǎng)架構(gòu)、醫(yī)療應(yīng)用等需要隔離的場景下具有很大優(yōu)勢,，能夠確保產(chǎn)品在高低電位差里受到保護,，并正常地運作,。

TI GaN新進展

當(dāng)前，以氮化鎵(GaN),、碳化硅(SiC)為代表的第三代半導(dǎo)體材料及相關(guān)器件芯片已成為全球高技術(shù)領(lǐng)域競爭戰(zhàn)略制高爭奪點,。GaN具有獨特的異質(zhì)結(jié)電子結(jié)構(gòu)和二維電子氣,，在此基礎(chǔ)上研制的高電子遷移率晶體管(HEMT)是一種平面型器件,，可以實現(xiàn)低導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速度的優(yōu)良特性,。

據(jù)Mark Gary介紹,，雖然業(yè)界在2015年左右才開始出現(xiàn)GaN的話題和需求，但布局超前的TI在2010年開始,，就已經(jīng)研發(fā)相關(guān)技術(shù)了,。在2018年TI與西門子共同展示了首個10千瓦的云電網(wǎng)與GaN的連接。在2020年底,，預(yù)計將會有超過3000萬小時的可靠性測試,，來增加對于新的產(chǎn)品和新的原物料的信心。

經(jīng)過十年的積累,，TI 150mΩ,、70mΩ和50mΩ GaN FETs的完整產(chǎn)品組合已經(jīng)進入批量生產(chǎn)階段，最近TI也發(fā)表了其自主研發(fā)的一個對流冷卻,，能夠提供900V,、5kW雙向AC/DC平臺的產(chǎn)品，進一步擴展GaN 在汽車,、并網(wǎng)存儲和太陽能等領(lǐng)域的新應(yīng)用,。

TI的這款雙向轉(zhuǎn)換器能夠支持900V，而且沒有外圍冷卻風(fēng)扇的情況下,，峰值效率可以高達99.2%,。該方案具有拓展性，是堆疊性的,，它的功率密度能比傳統(tǒng)的IGBT方案高出3倍左右,。TI解決方案，包括C2000數(shù)字控制器產(chǎn)品,，能夠幫助客戶實現(xiàn)完整的解決方案的設(shè)計,。

TI一直是強調(diào)整體的解決方案，評估整個系統(tǒng)上能夠帶來成本的效益,。Mark Gary指出：“當(dāng)前大家看到GaN的成本是高于Silicon（硅）的,，但長遠發(fā)展上GaN更具有發(fā)展趨勢，它的成本是能夠低于硅的,，以整體的系統(tǒng)和客戶上面的效率來看,，當(dāng)產(chǎn)品尺寸縮小,，減少熱和功耗方面的損失，這個產(chǎn)品本身又能夠?qū)崿F(xiàn)比現(xiàn)有原物料更佳的成本基礎(chǔ),。我們認為這是未來很重要的一個趨勢,。”

除了TI產(chǎn)品本身之外,，TI提供的各種設(shè)計開發(fā)工具以及E2E平臺,，加速工程師和客戶的產(chǎn)品開發(fā)過程。