電源管理IC是電子產(chǎn)品和設備中至關重要的一環(huán)，負責電子設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)的領導企業(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)保持領導地位的重要因素?！盡ark 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。”

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)品設計。

BQ25790/2的應用除了在智能手機、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)品擁有非常小的導通電阻，整體設計上比其他業(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)品提供更準確的設計。

TPS546D24A應用場景包括數(shù)據(jù)中心與企業(yè)計算、無線基礎設施、有線網(wǎng)絡等。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)應用，包括工廠自動化和控制、電網(wǎng)基礎設施，以及工廠需要的測試和測量儀器。對于設計工程師來說，可以將產(chǎn)品設計尺寸減少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，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

當前，以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)為代表的第三代半導體材料及相關器件芯片已成為全球高技術領域競爭戰(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)低導通電阻、高開關速度的優(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)相關技術了。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)存儲和太陽能等領域的新應用。

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。我們認為這是未來很重要的一個趨勢?！?/p>

除了TI產(chǎn)品本身之外，TI提供的各種設計開發(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。