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从电源芯片五大特质看德州仪器的新品
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从电源芯片五大特质看德州仪器的新品

2020-07-10 11:04:44 来源:EEWORLD

德州仪器日前进一步小型化了降压-升压电池充电器集成电路,可以支持到5A的充电,1-4节充电电池。其集成了功率路径管理,以实现更大功率密度、通用及快速充电,充电效率高达97%。BQ25790和BQ25792支持小型个人电子产品、便携式医疗设备和楼宇自动化应用中的USB Type-C和USB Power Delivery(PD)端口高效充电。

日前,德州仪器举办了电源新品发布会,介绍数款新问世的产品,从这些新品中,我们能看出电源行业发展的新趋势。

五大特质分析

德州仪器DC/DC开关降压稳压器副总裁Mark Gary先生表示,对于德州仪器以及整个电源技术发展趋势来说,共有五个重要的指标。

第一,高功率密度。第二,低EMI。第三,低IQ。第四,低噪度、高精度的需求。第五,隔离。

全新的充电IC产品

德州仪器日前进一步小型化了降压-升压电池充电器集成电路,可以支持到5A的充电,1-4节充电电池。其集成了功率路径管理,以实现更大功率密度、通用及快速充电,充电效率高达97%。BQ25790和BQ25792支持小型个人电子产品、便携式医疗设备和楼宇自动化应用中的USB Type-C和USB Power Delivery(PD)端口高效充电,将传统的5W-10W输入端口提升到了100W,并能将静态待机电流降低10倍。此外,该降压-升压产品还支持无线双向充电,提供更广泛的电压适配。

德州仪器电源管理解决方案产品线经理Samuel Wong总结了德州仪器充电管理产品的四大特点。

一,通用并支持快速充电:通过集成的双输入选择器支持多种电源,包括无线、USB、桶形插孔和太阳能充电,适用于3.6 V到24 V的应用。

二,功率密度提高50%:具有155 mW/mm2的功率密度,比市场高了2倍。“整个充电过程中你不会感受到任何热量。”Samuel特别强调道。

三,延长电池运行时间:TI首款静态电流小于1 µA的支持多电芯的降压-升压电池充电器,储存时间延长了5倍。1μA意味着产品在存储状态下,电量仅仅损耗0.05%。

四,设计灵活性:通过集成了MOSFET、电池FET、电流检测电路和双输入选择器,减少了解决方案的尺寸和物料清单。

堆栈式DC/DC降压转换器

德州仪器的首款可堆叠多至四个集成电路的新型40-A SWIFT DC/DC降压转换器是Samuel介绍的第二款新品。该降压转换器转为大电流、FPGA或处理器而设计,可通过4颗堆叠在85°C的环境温度下提供高达160A的输出电流,比市场上其他功率集成电路高四倍。开关频率高达1.5 MHz,在众多40A DC/DC转换器中,TPS546D24A效率更高,能够在高性能数据中心、企业计算、医疗、无线基础设施以及有线网络应用。

结合电源五大特质,Samuel给出了TPS546D24A的四大特点。

首先是电源更小,采用的是5mm×7mm平点,没有引脚的QFN封装,同时通过集成外围器件,可减少电路板中多达6个外部补偿组件。

第二是热性能更加,实现8.1°C/W的低热阻,运行温度比其他DC/DC转换器低13°C。根据统计,热耗损每升高1℃,就会多浪费1%的效率,所以13℃的降低,对企业来说可减少大量的能源成本。

第三,是在高开关频率下提高效率。产品采用0.9-mΩ低侧MOSFET, 比其他DC/DC降压转换器效率高3.5%。

第四,是高精度,输出电压误差小于1%,具有管脚复用可配置性,可实现更精确的监测电流,支持PMBUS可以及时提供故障报告。

电源模块解决方案

德州仪器推出的业界更小的采用四方扁平无引线封装(QFN)的36V、4A电源模块TPSM53604DC/DC降压模块,面积为5mm x 5.5mm,集成电感,可支持效率高达95%、总面积为85mm2的单面布局设计,电源尺寸减少30%,功率损耗减少到其他同类模块的50%。同时产品配有一个导热垫来优化热传递。

TPSM53604可在高达105°C的环境温度下运行,能够支持工厂自动化和控制、电网基础设施、测试和测量、工业运输、航空航天和国防等领域的坚固应用。

通过将TPSM53604与紧凑的降压模块(如TPSM82813和TPSM82810)配对,工程师可以创建从24-V输入一直到负载点的完整电源解决方案,同时更大限度地减少设计时间和精力。

产品特点首先是电源更小更简单,适用于标准QFN封装的24V、4A工业应用的更小解决方案。

第二则是高效散热,高效的热传递使其能够在高达105°C的环境温度下运行。

第三是满足CISPR 11 B级标准的EMI优化设计。

隔离式DC-DC转换器

隔离式DC-DC转换器UCC12050采用新型专有集成变压器技术开发而成,是业界更低电磁干扰,500mW高效隔离式DC/DC转换器。其2.65mm的高度能够减小解决方案的体积(与离散解决方案相比减少了80%,与电源模块相比减少了60%),效率是同类产品市场的两倍。UCC12050专为提高工业性能而设计,其5kVrms增强隔离和1.2kVrms的工作电压可以防止系统出现高压峰值(如工业运输、电网基础设施和医疗设备中)。

产品具有三大特点,第一:提升功率密度,效率和功率密度是市场同类器件的两倍。

第二:集成变压器具有更低的初级至次级电容,优化了EMI性能。

第三:增强隔离及宽温度范围,提升了产品的可靠性。带有8-mm蠕变和间隙的增强隔离用于保护和抵抗地电位差。

变压器

德州仪器在氮化镓上的进展

众所周知,氮化镓的开关速度更快,高达2MHz甚至10MHz以上的速度,所以可实现更高的转换效率,所以有众多电源管理厂商都开始从事第三代半导体的产业化工作。

Mark强调,虽然业界在2015年左右才开始谈论氮化镓,但德州仪器从2010年开始就开始自主研发,迄今为止,德州仪器内部已经有超过3000万可靠性小时的实验资料,能够确保氮化镓的终身可靠性。并且,德州仪器拥有自己的氮化镓工厂和供应链,可以满足供货需求,并且也可以更好地降低成本。

Mark补充道,当谈论成本之时,需要考虑的是系统整体成本效益,而不是单一的某颗芯片,目前车用客户正在高度关注氮化镓,这正是因为针对汽车等复杂应用和严苛需求的情况下,氮化镓可以带来整体解决方案上的优势。

目前,德州仪器氮化镓FETs产品主要包括150mΩ、70mΩ和50mΩ氮化镓。2017年德州仪器和西门子同步展示了业界首个10千瓦的云电网与氮化镓连接的产品,最近德州仪器也发表了自主研发通过对流冷却实现900V、5000W的双向AC/DC平台。未来在车载充电、电网充电以及太阳能领域都会是氮化镓的突破口。

Mark详细介绍了德州仪器的双向AC/DC平台,由于转换效率极高,所以在没有外围冷却风扇的情况下,峰值效率高达99.2%。并且该方案支持堆叠拓展,功率密度比IGBT方案高3倍。同时结合德州仪器 C2000数字控制器,从而实现完整的解决方案。

从德州仪器的电池管理芯片,到DC/DC降压转换器,从电源模块到支持隔离的系统,以及前沿的氮化镓,我们可以看到德州仪器的所有产品都沿着开始所说的五大特质而发展,不断贴近客户,开发出符合产业需求的新技术。

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