TI两款电源产品再为行业树立新基准

作者:中国电子商情 单祥茹  来源:中国电子商情

发布时间:2016-07-08

德州仪器（TI）在电源设计方面拥有30多年的专业经验，现有的电源产品已经超过2.5万个。近日，TI再次推出两款极具创新性的新产品，其中，SWIFT TPS548D22降压转换器在5mm x 7mm的空间内输送高达40A的持续负载电流，是行业内输出电流最高的单相降压转换器；另一款TPS54A20 SWIFT同步DC/DC转换器，以超小尺寸实现12V、10A、10MHz的最高功率密度。两款产品的性能参数均为所在行业树立了新基准。

高达40A的业界最高电流降压DC/DC转换器
SWIFT TPS548D22是业界首个带有真差分远程电压感测功能的40A、16VIN同步降压DC/DC转换器，它带有一个小尺寸PowerStack封装和集成金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），可在空间受限的应用中驱动专用集成电路（ASIC）和数字信号处理器（DSP）。TPS548D22采用D-CAP3控制模式拓扑结构，易于使用，无需补偿，在不同温度下具有0.5%的基准电压精度和真差分远程电压感测功能，可以满足深亚微米处理器的电压要求。

现实中，当工程师需要大电流用于负载点（POL）设计时，因现有产品的限制，他们常常会放弃高密度转换器（带集成MOSFET）的便利，而使用一个更复杂的涉及控制器（带外部MOSFET）解决方案，这种设计方案将会占据更多的电路板空间。诸如网络路由器、开关、企业服务器和嵌入式工业系统等应用的耗电量越来越高，它们的POL设计需要20A、30A、40A甚至更多电量。然而，这些应用对空间要求又极为严格，很难兼容采用控制器和外部MOSFET的解决方案。

TI在MOSFET和封装技术方面取得了很大进展。在一个特定硅面积内，TI新一代MOSFET（NexFET电源MOSFET）具有较低的电阻率（Rdson），还可提高电流能力。其PowerStack封装技术可堆叠集成电路和MOSFET（如图1），多层叠加，在特定的空间内放入了更多的器件。与传统的并列安放MOSFET解决方案相比，可实现尺寸更小、热力性能更佳、电流能力更强、集成度更高的四方扁平无引线封装解决方案。

图1  TI在封装技术上的创新，将控制器集成电路和MOSFET垂直堆叠在PowerStack封装中，单相降压转换支持高达40A的持续负载电流

TPS548D22是40A转换器系列中首款加入TI高电流DC/DC SWIFT产品组合的产品，达到0.9V参考电压，容差为±0.5%的整体准确度。与TI的WEBENCH  Power Designer工具一起使用时，可让工程师获得其功率密集型有线和无线通信、企业和云计算，以及数据储存系统设计，加快了产品上市速度。

超小型、最高功率密度的SWIFT降压转换器
TPS54A20 SWIFT同步DC/DC转换器具有独特的拓扑结构，它具有的12V, 10A,10MHz指标，是现有解决方案电流密度的四倍。能在每相高达5MHz条件下高频运作，而无需特殊磁性元件或复合半导体，设计者可在8 V至14 V的输入和10A输出应用中使用。

设计中的大多数情况，可用的电路板空间总是不够容纳所有的部件，有限的空间需要承载更多的特性和功能。高集成度和摩尔定律在减小设备尺寸方面非常有效，但对于直流（DC/DC）转换器效果却不明显，主要是功率转换器往往要占用30％到50％的系统空间。提高工作频率无疑是一个常用方案。大多数负载点稳压器均为采用降压拓扑结构的开关转换器，提高开关频率可以降低满足稳压器设计规格所需的电感和电容。实际情况是，开关频率与损耗呈正比，盲目提高频率会增加功耗。如今，大多数转换器的频率都限于数百千赫的范围内。而频率高于1MHz的转换器通常都是典型的低电压（5V及以下）和低电流（小于1A）类型。

几十年来，降压转换器一直是业界的主选方案，但同时它也存在基础性的缺陷。现在，TI的TPS54A20 SWIFT同步DC/DC转换器，采用独特的串联电容降压拓扑结构（如图2），它将开关电容电路和多相降压转换器集为一体，为高电压转换比负载点的应用进行了优化，在不影响效率的情况下，可实现数兆赫的操作频率，同时其尺寸也比传统转换器小7倍之多。

图2  两相、串联电容直流/直流降压拓扑可以实现高效率和高频率的操作，该解决方案的尺寸是常规500-kHz转换器的1/8

TPS54A20采用小型Hotrod四方扁平无引线（QFN）封装，经济、微型2至5 MHz的电感器占位仅为131mm2，与同类500 kHz DC/DC转换器相比，占用空间可减少一半，尤其适用于空间受限的应用。同时，该产品还支持多兆赫操作，14纳秒的最小导通时间支持在4/7/10MHz条件下运行，而且不会影响效率或电磁干扰（EMI）性能。