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更小尺寸、更高密度,TI为电源产品树立新标杆

时间:2018-11-11 作者:邵乐峰 阅读:
伴随着科技的发展,电源产品的需求正随之增长。市场调查数据显示,未来将会有500亿台设备连接到网络上。德州仪器副总裁兼降压开关电源产品业务部总经理Mark Gary认为,在更小尺寸内实现更高的功率,即提高功率密度,这一需求对于电源设计者来说将变成主流趋势……
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 伴随着科技的发展,电源产品的需求正随之增长。市场调查数据显示,未来将会有500亿台设备连接到网络上。德州仪器副总裁兼降压开关电源产品业务部总经理Mark Gary认为,在更小尺寸内实现更高的功率,即提高功率密度,这一需求对于电源设计者来说将变成主流趋势。同时,工程师还需要考虑如何将有源和无源器件集成至电源系统,以便可靠地减小电源系统的尺寸。6dPEETC-电子工程专辑

以TI宽输入电压转换器(36Vin、3AIout)功率密度演化为例:1989年推出的产品尺寸为50mm×50mm,频率和效率只有52KHz和77%,由于是异步Buck,产品外部还需要额外添加续流二极管;但到了2018年,产品分为3A和6A两款,频率和效率分别达到2.1MHz和93%,尺寸已缩小为15mm×16mm。6dPEETC-电子工程专辑

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而在低输入电压转换器(5.5Vin、4AIout)功率密度演化方面,2008年时产品频率只有1MHz,功率密度60mW/mm2;2014年频率提高到1.4MHz,而最新发布的降压转换器TPS62827,频率则达到了2.2MHz,功率密度470mW/mm2。6dPEETC-电子工程专辑

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对更高功率密度的需求

TI最新发布的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路补偿和磁性元件选择过程。6dPEETC-电子工程专辑

该器件采用 16mm×10mm ×4mm、41引脚QFN 封装,可轻松焊接到印刷电路板上,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、跟踪、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保护在内的全套功能使 LMZM33606 非常适合为各种应用供电。6dPEETC-电子工程专辑

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而TPS6282x 是一个易于使用的同步降压直流/直流转换器系列,具有仅4µA的极低静态电流。该系列器件可基于DCS-Control拓扑提供快速瞬态响应。由于具有内部基准,该系列产品可在 -40°C至125°C的结温范围内以高达1%的反馈电压精度将输出电压调节到低至 0.6V。整个器件系列具有引脚对引脚和BOM对BOM兼容性,可与 470nH 的小型电感器结合使用,提供可扩展的2A至3A电源解决方案。6dPEETC-电子工程专辑

TPS6282x可自动进入省电模式,在超轻负载条件下保持高效率,从而延长系统电池的运行时间。该器件具有电源正常信号和内部软启动电路。它们能够以100% 模式运行。在故障保护方面,该系列器件加入了断续短路保护以及热关断功能。该器件可采用 6 引脚1.5 x 1.5mm QFN 封装,提供具有最高功率密度的解决方案。6dPEETC-电子工程专辑

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GaN功率级优势

LMG341X系列是TI最新推出支持高达10kW应用的新型即用型600V氮化镓(GaN),50mΩ和70mΩ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。6dPEETC-电子工程专辑

TI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,TI的GaN FET器件系列产品通过集成独特的功能和保护特性,来实现简化设计,达到了更高的系统可靠性和优化高压电源的性能,能够为传统级联和独立的GaN FET提供了智能替代解决方案。通过集成的<100ns电流限制和过温检测,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自我监控功能。6dPEETC-电子工程专辑

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LMG3410R050、LMG3410R070和LMG3411R070的主要特性和优势:6dPEETC-电子工程专辑

• 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,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。6dPEETC-电子工程专辑

• 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过流保护,以防止直通和短路情况。6dPEETC-电子工程专辑

• 每个功率级的设备:50mΩ或70mΩ条件下,每个器件均提供一个GaN FET、驱动器并提供保护功能,可为低于100W至10kW的应用提供单芯片解决方案。6dPEETC-电子工程专辑

在工业和电信设计中,交错的CCM图腾柱无桥功率系数校正(PFC)参考设计实施了自适应的死区时间与相位脱落(切向控制)方法,提高效率(峰值效率为98.75%),并且总谐波失真率小于2%。设计采用内置的频率响应分析(SFRA),用于控制回路的验证和设计。6dPEETC-电子工程专辑

此外,由德州仪器和全集成PWM控制器之父Robert Mammano的简体中文版《电源设计基础》已经出版发行,全书内容丰富、完整,囊括了电路元器件、电源基本电路拓扑、各种控制策略、磁元件设计、辅助电源电路、电磁噪声处理、电源故障管理、高效率设计实现、数字功率控制以及电源结构等全方位电源内容。6dPEETC-电子工程专辑

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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