《電子技術(shù)應用》
您所在的位置:首頁(yè) > 電源技術(shù) > AET原創(chuàng ) > “死磕”功率密度,TI又推出兩大新系列

“死磕”功率密度,TI又推出兩大新系列

2024-03-18
作者:王潔
來(lái)源:電子技術(shù)應用

如今AI、電動(dòng)汽車(chē)等熱點(diǎn)應用的興起對電源設計的功率密度提出了更高的要求。對于A(yíng)I數據中心,無(wú)論是 GPU 還是 CPU 的電源,對功率密度的要求都越來(lái)越高,要求在同等體積甚至更小體積下實(shí)現更高功率等級。對于車(chē)載應用,高功率密度則有助于提高續航里程,實(shí)現各種智能交互。而高功率密度的設計,意味著(zhù)整個(gè)電源的功率器件在尺寸、功率和散熱上面臨更大的挑戰。

作為電源解決方案的行業(yè)領(lǐng)導者,德州儀器(TI)在電源領(lǐng)域投入了十余年的研發(fā)資源,通過(guò)工藝的更新、封裝技術(shù)的提升以及電路設計的更新,滿(mǎn)足市場(chǎng)對電源設計的整體需求,包括低 EMI、高功率密度、低 IQ、低噪聲和高精度,以及隔離。近日,TI推出了100V GaN 產(chǎn)品系列和1.5W 隔離式直流/直流模塊兩個(gè)全新的功率轉換器件產(chǎn)品系列,可幫助工程師在更小的空間內實(shí)現更高的功率,從而以更低的成本提供超高的功率密度。

超小型100V GaN 產(chǎn)品系列實(shí)現卓越功率密度

TI此次全新發(fā)布的氮化鎵產(chǎn)品系列包括半橋模塊 LMG2100R044,以及單管 GaN 加上驅動(dòng)的集成 LMG3100R017。德州儀器氮化鎵產(chǎn)品業(yè)務(wù)負責人楊斐博士解釋道:“由于GaN相比傳統的硅器件有更低的開(kāi)關(guān)損耗,可以提高電源的設計頻率,相應的電感、變壓器和母排電容尺寸等都可以降低,從而大幅提升電源級系統的功率密度?!?/p>

19.jpg

TI超小型 100V 集成式 GaN 功率級(圖源:TI公司)

為了更大地提升功率密度,TI采用獨特的集成技術(shù)來(lái)縮減PCB尺寸,利用熱增強雙面冷卻封裝技術(shù)簡(jiǎn)化散熱設計,針對常用拓撲進(jìn)行優(yōu)化。

楊斐博士介紹,通過(guò)將驅動(dòng)和氮化鎵集成在一起,PCB尺寸可以縮小 40%。同時(shí),通過(guò)提升開(kāi)關(guān)頻率,整個(gè)電源的被動(dòng)元件數量也可以相應減少,使得功率密度可以達到 1.5kW/in3 以上。

與硅基解決方案相比,該全新產(chǎn)品系列還將開(kāi)關(guān)功耗降低了 50%,并且在給定較低輸出電容和較低柵極驅動(dòng)損耗的情況下實(shí)現 98% 或更高的系統效率。例如,在光伏逆變器系統中,較高的密度和效率使得同一塊太陽(yáng)能電池板能夠存儲和生成更多電能,同時(shí)可縮小整個(gè)微型逆變器系統的尺寸。

功率密度提升帶來(lái)諸多優(yōu)勢。首先,更小的體積能滿(mǎn)足工業(yè)應用的需求;其次,由于體積減小,系統安裝、包裝成本都會(huì )相應減小,因此可以?xún)?yōu)化系統的整體成本。從電源設置的角度,當頻率提高后,輸出電容、電感等被動(dòng)元件的尺寸都會(huì )減小,系統的 BOM 也會(huì )隨之減小。100V GaN 產(chǎn)品集成了驅動(dòng)和 GaN,需要的外圍電路也會(huì )很少,從整體和局部來(lái)看,新產(chǎn)品都能有助于降低成本,提升系統效率,提升功率密度。

20.jpg 


微型逆變器中,通過(guò)熱增強封裝技術(shù)提高系統效率(圖源:TI公司)

在芯片體積減小的同時(shí),流過(guò)的功率更大,給芯片散熱提出了更高的要求。TI新產(chǎn)品采用了雙面散熱,頂層和背面都能散熱,既可以縮小體積,又可以將芯片產(chǎn)生的熱量通過(guò)兩面散出去,優(yōu)化整個(gè)系統的散熱成本。

此外,100V GaN 產(chǎn)品還可以幫助工程師在不同的應用及常見(jiàn)拓撲中實(shí)現系統的整體優(yōu)化,包括降壓轉換器、升壓轉換器、LLC、電機驅動(dòng)系統等。

100V GaN 產(chǎn)品的應用場(chǎng)景主要集中在工業(yè)電源、光伏以及其他功率密度的轉化器,如馬達系統的應用。在太陽(yáng)能工業(yè)電源中,光伏逆變器,尤其是微型逆變器的優(yōu)化器是TI全新GaN 產(chǎn)品的主打場(chǎng)景。MPPT 優(yōu)化器(最大功率點(diǎn)追蹤)是電源轉換的一個(gè)裝置,用以最大化利用太陽(yáng)能板的能量。由于光伏板的電壓不是太高,需要一個(gè)低壓的轉化器,從而從光伏板獲得更多能量,提升系統效率。通過(guò)TI低壓GaN產(chǎn)品,可以持續提升頻率,減小體積,滿(mǎn)足未來(lái)高功率密度的需求。

48V 轉 12V 的工業(yè)電源也是一個(gè)很好的應用場(chǎng)景,工程師可以用 100V 的 GaN 提升整個(gè)系統的效率,也可以推高頻率,提升功率密度。電驅系統中,也可以通過(guò)電源設計頻率的提升,實(shí)現對電機、輸出 THD、散熱及成本等參數的優(yōu)化。

1.5W 隔離式直流/直流模塊將功率密度提高至8倍以上

隨著(zhù)汽車(chē)行業(yè)向電氣化轉型,動(dòng)力總成和 BMS 設計人員不斷在尋找新的方式來(lái)提高系統級的功率密度和效率。過(guò)去,隔離式輔助電源解決方案通常采用笨重、龐大且易受振動(dòng)影響的變壓器,設計的布局也因此變得很復雜,并且會(huì )導致較高的輻射 EMI。TI新款 1.5W 隔離式直流/直流模塊集成了變壓器,具有業(yè)界超高功率密度和超小尺寸,可幫助工程師將汽車(chē)和工業(yè)系統中的隔離式輔助電源尺寸縮小 89% 以上。

21.jpg

TI超小型 1.5W 隔離式直流/直流模塊(圖源:TI公司)

通過(guò)將變壓器和硅集成封裝,可顯著(zhù)縮減隔離式直流/直流模塊的尺寸。憑借比分立式解決方案高出八倍以上且比同類(lèi)模塊高出三倍的功率密度,德州儀器新款 1.5W 隔離式直流/直流模塊為汽車(chē)和工業(yè)系統提供超高的輸出功率和隔離能力 (3kV),并采用 4mm x 5mm VSON 封裝。


22.jpg

UCC33420-Q1工作原理(圖源:TI公司)

UCC33420-Q1是目前市場(chǎng)上率先采用超小型封裝且符合汽車(chē)標準的 1.5W 隔離式直流/直流模塊,可助力設計人員滿(mǎn)足業(yè)內對更小和更輕的汽車(chē)系統,例如 BMS 和 OBC 這種小型化的要求。

德州儀器中國區技術(shù)支持經(jīng)理寧玉懷先生(Jaden Ning)介紹,UCC33420-Q1 使用德州儀器的下一代集成變壓器技術(shù),將隔離電源變壓器、初級側和次級側電橋與控制邏輯集成到一個(gè)封裝中,因此設計人員無(wú)需在 BMS 系統中使用笨重、龐大且易受振動(dòng)影響的變壓器,從而提高可靠性、簡(jiǎn)化設計并加強抗振性。與分立式解決方案相比,該項技術(shù)可助力工程師將解決方案尺寸縮小 89% 以上,將高度縮小高達 75%,同時(shí)將物料清單減半。

同時(shí),UCC33420-Q1 采用 EMI 優(yōu)化型變壓器,使設計人員能夠輕松滿(mǎn)足最嚴苛的 EMI 要求,例如 CISPR 32 和 CISPR25 EMI標準,同時(shí)減少了元件數量并簡(jiǎn)化了濾波器設計。設計人員可實(shí)現能有效抵抗噪聲的可靠解決方案,它具有大于 200V/ns 的業(yè)內超高共模瞬態(tài)抗擾性(CMTI)和低于 3pF 的初級到次級的電容,因此可承受極高的電壓瞬變。

UCC33420-Q1 適用于汽車(chē)的 BMS、OBC、牽引逆變器、數字隔離器、CAN總線(xiàn)隔離,以及MCU、電壓和電流傳感器的隔離供電。UCC33420 除了汽車(chē)版本以外還有工業(yè)的版本,可以應用在充電樁、儲能、醫療監控設備、工廠(chǎng)自動(dòng)化 IO 模塊、數據中心電源等領(lǐng)域。

談及UCC33420實(shí)現超小尺寸面臨的設計難點(diǎn),寧玉懷表示:“要把尺寸做小就必須提高開(kāi)關(guān)頻率,UCC33420 在滿(mǎn)載下開(kāi)關(guān)頻率已經(jīng)達到了幾十兆赫茲的級別。做高開(kāi)關(guān)頻率之后,我們的設計難點(diǎn)有兩個(gè):第一是如何保證效率不降低,我們采用了軟開(kāi)關(guān)的控制方式;第二是 EMI 的共模電流,因為如果變壓器的耦合不好,產(chǎn)生的 dv/dt 會(huì )影響共模電流的流動(dòng)。所以我們能夠保證效率和 EMI 性能都比較好?!?/p>

寧玉懷表示,目前UCC33420 兩個(gè)版本支持預量產(chǎn)并提供評估模塊,可通過(guò) TI官網(wǎng)購買(mǎi)。TI官網(wǎng)還有很多參考設計、用戶(hù)手冊、EMI 的測試板和測試報告,以及設計指南。線(xiàn)下還有 FAE 幫助客戶(hù)檢查原理圖和 PCB 布局。

據悉,TI不久還將推出適用于 800V 及以上應用的其他封裝選項。

在提高功率密度的路上,TI持續通過(guò)縮減封裝尺寸、提高封裝熱性能并采用創(chuàng )新拓撲與電路來(lái)提高效率。展望未來(lái),TI還將與多個(gè)領(lǐng)域的電源設計人員合作,聯(lián)手解決設計中面臨的方方面面的挑戰,通過(guò)創(chuàng )新的技術(shù)和先進(jìn)的產(chǎn)品,實(shí)現更安全、更可持續和更高效的電源使用。

Magazine.Subscription.jpg

此內容為AET網(wǎng)站原創(chuàng ),未經(jīng)授權禁止轉載。
少妇特殊按摩高潮惨叫无码,被喂饱的室友(H)御书屋,成人欧美一区二区三区视频,在厨房挺进市长美妇雪臀大宝