加速布局高功率密度电源市场，TI密集推出五大系列新品

作者:单祥茹  来源:中国电子商情

发布时间:2020-07-15

在电源管理领域，提高功率密度一直是行业的前沿趋势和奋斗目标。早在几年前，德州仪器（TI）就开始密切关注电源行业的发展动向。根据TI的研究和判断，电源管理行业有五项指标在接下来的5~10年内是不会改变的，如果一个公司的产品和发展方向能够符合这些指标要求，就一定会在电源行业始终处于领先地位。

这五项指标分别是：第一，不断提高产品的功率密度。提高功率密度可以在降低系统成本的同时实现更多的系统功能。简单来讲，就是在更小的面积或者在既有不变的面积下，提供更高的电力功率；第二，不断降低EMI。电源管理产品要尽量减少对其他系统组件的干扰，简化工程师的设计和鉴定流程，这也是所有电气工程师非常感兴趣的一点；第三，实现超低IQ。低IQ能有效延长电池的寿命，降低产品本身的功耗，增加电子产品的储存时间；第四，保证低噪度、高精度。这是能有效保证一个器件、设计或产品本身不对其他系统或模块产生干扰的重要指标；第五，做好隔离。以未来前沿的电动车为例，系统中常常既有高压部分也有低压部分，如何保证一个器件在非常严苛的环境下，不被其他系统或模块干扰甚至损坏，隔离是关键。

基于深厚的电源管理的技术及创新经验，TI最近推出了一系列满足上述五项指标的产品。

降压-升压电池充电器

对于功率器件尤其是小封装的产品，功率密度非常重要，其中有两个原因：首先，如果有高的功率密度，意味着可以有更高的充电功率或充电电流，充电时间就会大幅缩减。其次，高功率密度意味着可以有更高效的充电效率，充电损耗也将变小，充电过程中的热耗散相应地也会减小，系统的温度就不会大幅度提升。

图1  可将功率提高50%的超小型降压-升压电池充电器

TI推出的新型降压-升压电池充器BQ25790和BQ25792，功率密度提高了50%，充电速度提高了3倍，产品支持小型个人电子产品、便携式医疗设备和楼宇自动化应用中的USB Type-C和USB Power Delivery（PD）端口高效充电，并能将静态待机电流降低10倍。产品共有四大特点：

 第一，通用性。集成的双输入选择器支持多种电源，包括无线、USB、桶形插孔和太阳能充电，适用于3.6 V到24 V的应用。该芯片能够适配当前USB Type-C、PD的标准，同时支持无线双输入充电。它将传统的5W~10W输入端口提升到了100W，可以让更多的应用以更大的功率进行充电；
 第二，功率密度提高50%。充电器具有155 mW/ mm2的功率密度，比市场高了约两倍。例如，在30W场景下对电池进行充电，这颗芯片可以达到97%的效率。在整个充电过程中，几乎不会有发热的感觉；
 第三，延长电池运行时间。BQ25790和BQ25792是TI 首款静态电流小于1 µA且支持多电芯的降压-升压电池充电器，1µA的静态功耗相当于在一年的存储状态下仅有0.05%的电量损耗，系统的储存时间可延长近5倍。
 第四，高集成度。这款升降压IC集成了很多外部器件，包含功率MOSFET、电流采样电路，以及电池FET、电流检测电路和双输入选择器等，减少了解决方案的尺寸，简化了物料清单。

堆栈式DC/DC降压转换器

TPS546D24A是一款针对大电流、FPGA或处理器设计的堆栈式DC/DC降压转换器，今年3月已经上市。这款产品的主要亮点包括，一是可堆叠性，单颗产品支持40A电流，4颗芯片堆叠使用时能支持最高160A电流，且尺寸非常小。二是极高的开关频率。这款产品的开关频率高达1.5MHz，可以支持非常大的电流，在极小的面积下，提高了产品本身的效率。三是非常小的导通电阻。此外，TPS546D24A除了在设计上尽量减少其他外部元件，最多能减少6个外部补偿元件。加上TI特别的QFN封装，芯片的热损耗很小。综合来看，芯片整体设计比其他产品效率提高3.5%。在5G、数据中心这样的应用场景，热耗损每提高1度，就会牺牲1%的效率，企业就要付出非常高的成本，这款产品带来的好处不言而喻。

在上述两个重量级产品之外，TI还有另外两款电源管理产品值得关注。一个是超小尺寸36V/4A电源模块TPSM53604。所谓电源模块就是把DC/DC转换器与电感和其他器件集成在一个产品中。TPSM53604是一款采用5mm×5.5mm QFN封装的小型电源模块，效率高达95%，总面积为85mm2的单面布局设计，在严苛的工业应用中，工程师可以将其电源设计的尺寸减少30%，并将功耗减少50%。产品在今年2月份已经上市发布；另一个产品是高效隔离式DC/DC电源UCC12050/40。UCC12050/40是TI首款采用新型专有集成变压器技术开发的高效隔离的DC/DC电源，它将电力传输隔离开来。产品的最大优势是，高达500mW的高效隔离性能被集成在一个非常小的封装尺寸内。

TI在GaN方面的新进展

氮化镓（GaN）是集成电路行业本年度的热门话题。在电源管理应用中，GaN所起的作用非常关键。目前，GaN的开关频率可以达到2MHz甚至10MHz以上，大幅减少了电源管理芯片或模块内部的功耗。

图2  TI在GaN领域的十年创新历程

虽然业界在2015年前后才陆续推出GaN相关的产品，但TI在GaN领域的发展可以回溯到2010年。据介绍，在2010年TI就开始自主研发GaN技术，在2017年与西门子共同演示了10kW云电网产品，在2020年结束前，预计TI将会有超过3000万小时的可靠性测试。接下来，TI还将有900V、5kW AC/DC平台双向对流产品推出。

TI 采用GaN技术的900V、5kW双向转换器，在没有外围冷却风扇的情况下，峰值效率高达99.2%。这个方案兼具拓展性和堆叠性，它的功率密度能比传统IGBT方案高出3倍左右。此外，解决方案中还包括TI C2000数字控制器产品，有利于用户实现完整的电源管理设计。

十年的发展历程让TI在GaN技术上有了非常好的积累。接下来，TI将把GaN的应用拓展到充电适配器领域，并应用到在汽车、电网存储和太阳能等行业。