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作為一家電源產(chǎn)品大型供應(yīng)商，美國德州儀器公司（Texas Instruments, TI）一直致力于先進(jìn)電源技術(shù)的研發(fā)。最近，該公司推出了三款全新一代電源產(chǎn)品，分別是36 Vin電源模塊、5.5 Vin 降壓轉(zhuǎn)換器和高壓GaN功率級。德州儀器副總裁兼降壓開關(guān)電源產(chǎn)品業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Mark Gary和德州儀器高壓電源應(yīng)用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部氮化鎵（GaN）功率器件產(chǎn)品線經(jīng)理Steve Tom向我們講解了這些產(chǎn)品的特性和應(yīng)用。 36 Vin電源模塊LMZM33606 Gary先生說，提升功率密度和轉(zhuǎn)換效率是工程師們數(shù)十年來不懈的追求。如下圖所示，以寬輸入電壓轉(zhuǎn)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(guān)鍵的一點(diǎn)是開關(guān)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(zhuǎn)換器功率密度演化（36Vin、3A Iout） 然而，開關(guān)頻率的提升往往伴隨著EMI水平的升高，會對電子系統(tǒng)造成干擾。TI此次發(fā)布的LMZM33606電源模塊在滿足更高功率密度要求的同時(shí)，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(fā)射標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品一樣，用戶可以利用新的WEBENCH在線電源設(shè)計(jì)工具來縮減開發(fā)時(shí)間，僅需4個(gè)外部部件就能完成電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此外，TI為之提供了評估板，可以實(shí)現(xiàn)從3.5V到36V的寬電壓輸入；支持6A輸出，輸出電壓1-20V，售價(jià)49美元。點(diǎn)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(diǎn)，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(yīng)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(zhǔn)確度。此外，醫(yī)療儀器和工廠自動化也是LMZM33606能夠發(fā)揮優(yōu)勢的應(yīng)用領(lǐng)域。 5.5 Vin 降壓轉(zhuǎn)換器TPS62827 TPS62827是一個(gè)5.5V輸入的低壓產(chǎn)品。5.5V產(chǎn)品主要包括兩個(gè)應(yīng)用：一是電池供電應(yīng)用，比如單節(jié)鋰電池；二是作為二級電源，將5V輸入轉(zhuǎn)變?yōu)?.3V或1.8V輸出。 TPS62827的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾個(gè)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(nèi)，符合處理器和FPGA的供電要求。其次，整個(gè)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(chǎn)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(chǎn)品都支持WEBENCH在線仿真和設(shè)計(jì)，簡化設(shè)計(jì)應(yīng)用，只要把參數(shù)輸入進(jìn)去，所有的結(jié)果在網(wǎng)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(diǎn)，它比較適合電池輸入或二級電源應(yīng)用場景，如SSD固態(tài)硬盤、樓宇自動化、消費(fèi)電子產(chǎn)品和通信設(shè)備等領(lǐng)域。 TI官網(wǎng)現(xiàn)在提供TPS62827評估板，輸入電壓2.4-5.5V，4A輸出, 最少只要3個(gè)元器件，總BOM尺寸34 mm2，售價(jià)49美元。
圖3：降壓轉(zhuǎn)換器TPS62827評估板 高電壓GaN功率級LMG341x 與前面兩款基于硅半導(dǎo)體器件的產(chǎn)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(shù)很受大家的關(guān)注，主要原因是它有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)。首先，GaN產(chǎn)品可以在很高頻率的開關(guān)電源里工作，進(jìn)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(tǒng)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(chǎn)品工作頻率高達(dá)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(qū)動器、FET及保護(hù)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(yè)自動化領(lǐng)域。 對于新技術(shù)或新產(chǎn)品，用戶常常擔(dān)憂可靠性問題。為此，TI對LMG341x功率級實(shí)施了2000萬小時(shí)的測試，包括高低溫測試、過流測試和欠壓保護(hù)測試，在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過充分的可靠性測試之后才發(fā)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(shù)的發(fā)展，可靠性也是強(qiáng)有力的保障。 對于這種新型GaN半導(dǎo)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(shè)計(jì)，包括軟件和硬件的應(yīng)用，如AC-DC、隔離DC-DC以及逆變器拓?fù)湓O(shè)計(jì)，加快用戶產(chǎn)品上市速度。 下圖所示為交錯(cuò)的CCM圖騰柱無橋功率系數(shù)校正（PFC）參考設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)實(shí)施了自適應(yīng)的死區(qū)時(shí)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(shè)計(jì)采用內(nèi)置的 頻率響應(yīng)分析（SFRA），用于控制回路的驗(yàn)證和設(shè)計(jì)。
圖4：交錯(cuò)的CCM圖騰柱無橋功率系數(shù)校正（PFC）參考設(shè)計(jì)。 下圖所示為基于高效、1.6kW高密度GaN的1MHz CrM圖騰柱PFC轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)。這是一種高功率密度（165 x 84 x 40 mm）設(shè)計(jì)，在滿載下達(dá)到98.7%的效率，適合230V AC輸入、空間受限的一些應(yīng)用中，如服務(wù)器、電信和工業(yè)電源等。
圖5：基于高效、1.6kW高密度GaN的1MHz CrM圖騰柱PFC轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)。 Steve Tom先生最后提到了兩點(diǎn)。一是TI全新WEBENCH設(shè)計(jì)工具上線，方便用戶使用TI的產(chǎn)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(shè)計(jì)基礎(chǔ)》出版發(fā)行，可以讓客戶或工程師除了用TI產(chǎn)品之外也可以更多地學(xué)習(xí)到電源知識，更方便地使用電源產(chǎn)品的選型和設(shè)計(jì)。該書可在京東購買。 |
