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2018/11/5 16:40

“小身材”暗藏高功率 德州仪器(TI)发布全新一代电源产品

C114通信网  乐思

C114讯 11月5日消息(乐思)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,比如像汽车、笔记本电脑、手机以及工业等应用领域。因此,更小尺寸内实现更高的功率,这一诉求也日益成为电源设计的主流趋势。

近日,德州仪器发布了LMZM33606电源模块和TPS62827降压转换器,以满足更高功率密度需求的趋势。德州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。

不断探索电源的最小极限

近年来,偏消费类的产品,比如笔记本、手机,可穿戴式的产品,比如智能手环,这些产品的尺寸更小,功率更大。TI产品可以使这些产品续航时间更长,体积更小,以适应小型化的需求。比如在工厂自动化领域,如今工厂的产能更大,对电源的需求功率也更大;功率大之后,对电源的要求和效率也更高;优化散热表现,才能满足大功率需求。

据Mark 介绍,TI新发布的LMZM33606电源模块有三个显著优点:一、EMI特性优良,开关电源是EMI的主要来源,其中一个原因是电流环路是高频的,模块已经把电容集成进去,可以把电流环路做到更小,这样就可以满足很多EMI标准。从模块规格上看,它可以满足EN55011和CISPR11辐射的标准。所以,EMI性能优越,工程师不再需要花时间调试EMI性能。

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。

三、WEBENCH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。

此电源模块的市场和应用较为广泛。首先由于电源模块具有抗EMI性好、功率密度高、更可靠的特点。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,对外界的干扰较少,测量测试的精度和准确度会更高。其次,是医疗仪器,像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。同时,对于工业或工厂自动化,对电源需求更高,功率更大,电源模块也适合用于工业和工厂自动化领域。

此次,TI一同发布的新产品还有TPS62827降压转换器。它也有三点优势。一、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。二、减小电路板尺寸,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。三、简化设计。可扩展性,能实现设计灵活性,在新的 WEBENCH电源设计环境中,仅需3个外部部件就能设计电源。

Mark 补充称,TPS62827是5.5V输入的低压产品。5.5V的产品主要包括两个应用,一是电池的应用,比如单节锂电池;二是作为二级电源,一级电源从24V转到5V,5V变3.3V或1.8V作为二级电源的应用。2008年频率只有1MHz,功率密度只有60mW/mm2,到2014年频率提高到1.4MHz,此次发布的产品,频率达到2.2MHz,功率密度达到470mW/mm2。

由于TPS62827产品尺寸紧凑,具有稳定的散热和抗电磁干扰性能,可广泛应用于各种DC/DC产品。比如SSD固态硬盘的应用、楼宇自动化,使用锂电池,单节电池供电、PE应用,使用低压电池5V供电、通信设备等等。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。

将GaN应用在电源领域

氮化镓(GaN)也是最近比较受关注的新技术。德州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),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。

GaN产品可以在很高频率的开关电源里工作。频率的提高可以显著地减小变压器、电感和电容的体积,传统的电压器设计,600V输入一般只有100kHz频率,而变压器体积会非常大,整体重量大于650g。

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产品频率可以跑到1MHz,是传统频率的10倍,理论上可以把电感的尺寸减小10倍,电容的尺寸也可减小10倍。从整个体积来看,减小6倍,包括PCB、电感和电容,频率提高使体积减小是GaN技术显著的特点。GaN除了体积减小之外,效率也非常高。

据介绍,德州仪器的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,达到更高的系统可靠性和优化高压电源的性能,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。

Steve称,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。

对于新技术或新产品,市场比较关心的可靠性问题,新技术上市以后,会不会导致产品不良率提高或失效?Steve表示,TI做了2000万小时的测试,包括高低温测试、过流测试、欠压保护测试,这样的产品在实验室经过充分的可靠性测试之后才发布到市场上给客户使用,作为TI这样大的公司,除了新技术的发展,可靠性也是强有力的保障。

从应用领域来说,GaN从小功率到大功率,小功率像PE、手机充电器、笔记本充电器,一般几十瓦或100多瓦;到工业自动化和机器人里,这个功率可以到几百瓦到几千瓦,对功率的需求会越来越多,对可靠性的要求也会越来越高;

同时,电力基础设施和新能源应用,像充电桩,更高的功率到几十千瓦,这个应用非常广泛,既有小功率也有大功率,诉求点是,可以找到体积大小比较合适的解决方案,GaN就是合适的选择。

发布会最后,TI还向记者们分享了《电源设计基础》,这本书来自德州仪器和全集成PWM 控制器之父Robert Mammano之手的实用专业书籍,全书内容丰富、完整,囊括了从电路元器件,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,实现高效率设计,数字功率控制以及电源结构这些涉及电源几乎所有方方面面的完整内容。

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