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作為一家電源產品大型供應商，美國德州儀器公司（Texas Instruments, TI）一直致力于先進電源技術的研發。最近，該公司推出了三款全新一代電源產品，分別是36 Vin電源模塊、5.5 Vin 降壓轉換器和高壓GaN功率級。德州儀器副總裁兼降壓開關電源產品業務部總經理Mark Gary和德州儀器高壓電源應用產品業務部氮化鎵（GaN）功率器件產品線經理Steve Tom向我們講解了這些產品的特性和應用。 36 Vin電源模塊LMZM33606 Gary先生說，提升功率密度和轉換效率是工程師們數十年來不懈的追求。如下圖所示，以寬輸入電壓轉換器為例，30年來電源尺寸得以大幅減小，而效率從77%提升到了93%。其中最關鍵的一點是開關頻率的提升，這使得電感尺寸減小，電磁損耗降低。 
圖1：寬輸入電壓轉換器功率密度演化（36Vin、3A Iout） 然而，開關頻率的提升往往伴隨著EMI水平的升高，會對電子系統造成干擾。TI此次發布的LMZM33606電源模塊在滿足更高功率密度要求的同時，以緊湊的電流回路有效降低了電磁干擾，并通過了EN55011（CISPR11）B類輻射發射標準測試。LMZM33606在具有超低熱阻的QFN封裝集成了高頻率輸入濾波電容器與屏蔽電感器，尺寸小于250mm²。 與TI的很多電源產品一樣，用戶可以利用新的WEBENCH在線電源設計工具來縮減開發時間，僅需4個外部部件就能完成電源系統設計。此外，TI為之提供了評估板，可以實現從3.5V到36V的寬電壓輸入；支持6A輸出，輸出電壓1-20V，售價49美元。點擊http://www.ti.com.cn/tool/cn/LMZM33606EVM可以購買。
圖2：LMZM33606電源模塊評估板 由于具有尺寸小、EMI低、可靠性高的特點，LMZM33606最適用于空間緊湊尤其對電磁輻射要求苛刻的場合。典型應用是測量測試的儀器，低水平EMI電源可保證測量測試的精度和準確度。此外，醫療儀器和工廠自動化也是LMZM33606能夠發揮優勢的應用領域。 5.5 Vin 降壓轉換器TPS62827 TPS62827是一個5.5V輸入的低壓產品。5.5V產品主要包括兩個應用：一是電池供電應用，比如單節鋰電池；二是作為二級電源，將5V輸入轉變為3.3V或1.8V輸出。 TPS62827的優點包括以下幾個方面。首先是輸出精度高。它采用DCS控制，可以使得精度控制在1%偏差范圍內，符合處理器和FPGA的供電要求。其次，整個PCB板尺寸小。芯片尺寸只有1.5mm×1.5mm，外圍的部件也較小，板子的功率密度很高。最后，除了4A的產品，TPS62827還有2A-3A 管腳兼容型號，如果客戶不需要大電流，可以用pin to pin與其置換。 TI所有的產品都支持WEBENCH在線仿真和設計，簡化設計應用，只要把參數輸入進去，所有的結果在網站上可以得到非常好的顯示。 由于TPS62827具有EMI性能好、散熱好和體積小的特點，它比較適合電池輸入或二級電源應用場景，如SSD固態硬盤、樓宇自動化、消費電子產品和通信設備等領域。 TI官網現在提供TPS62827評估板，輸入電壓2.4-5.5V，4A輸出, 最少只要3個元器件，總BOM尺寸34 mm2，售價49美元。
圖3：降壓轉換器TPS62827評估板 高電壓GaN功率級LMG341x 與前面兩款基于硅半導體器件的產品相比，LMG341x完全不同。這是一款氮化鎵（GaN）功率器件。 Steve Tom先生說，GaN技術很受大家的關注，主要原因是它有一些顯著的優點。首先，GaN產品可以在很高頻率的開關電源里工作，進而可以顯著地減小變壓器、電感和電容的體積。以變壓器為例，傳統600V輸入變壓器工作頻率一般只有100kHz，整體重量大于650g。TI的GaN產品工作頻率高達1MHz，理論上可以把電感和電容的尺寸縮減10倍，變壓器整體縮小6倍。第二是高效率。GaN功率級功率密度是硅 MOSFET的兩倍，而功率損耗降低了80%。 此次TI推出的LMG341x功率級集成驅動器、FET及保護于一體，單芯片支持小于100W至10kW的方案。也就是說，它可以用于幾十瓦的筆記本電腦適配器，也可以用于幾千瓦或幾十千瓦的太陽能和工業自動化領域。 對于新技術或新產品，用戶常常擔憂可靠性問題。為此，TI對LMG341x功率級實施了2000萬小時的測試，包括高低溫測試、過流測試和欠壓保護測試，在實驗室經過充分的可靠性測試之后才發布到市場上供客戶使用。Tom先生說，作為TI這樣大的公司，除了新技術的發展，可靠性也是強有力的保障。 對于這種新型GaN半導體器件，很多用戶還不知道如何使用。TI把用戶的需求收集起來，做出一些參考設計，包括軟件和硬件的應用，如AC-DC、隔離DC-DC以及逆變器拓撲設計，加快用戶產品上市速度。 下圖所示為交錯的CCM圖騰柱無橋功率系數校正（PFC）參考設計。該設計實施了自適應的死區時間與相位脫落（切向控制）方法，提高效率（峰值 效率為98.75%），并且總諧波失真率小于2%。設計采用內置的 頻率響應分析（SFRA），用于控制回路的驗證和設計。
圖4：交錯的CCM圖騰柱無橋功率系數校正（PFC）參考設計。 下圖所示為基于高效、1.6kW高密度GaN的1MHz CrM圖騰柱PFC轉換器參考設計。這是一種高功率密度（165 x 84 x 40 mm）設計，在滿載下達到98.7%的效率，適合230V AC輸入、空間受限的一些應用中，如服務器、電信和工業電源等。
圖5：基于高效、1.6kW高密度GaN的1MHz CrM圖騰柱PFC轉換器參考設計。 Steve Tom先生最后提到了兩點。一是TI全新WEBENCH設計工具上線，方便用戶使用TI的產品；二是來自德州儀器和全集成PWM 控制器之父 Robert Mammano的簡體中文版 《電源設計基礎》出版發行，可以讓客戶或工程師除了用TI產品之外也可以更多地學習到電源知識，更方便地使用電源產品的選型和設計。該書可在京東購買。 |
