如何通过高压创新重新定义电源管理

I专业技术创造先进高功率解决方案，以满足当前和未来市场需求。

近几年，开关模式电源（SMPS）在电力转换领域逐渐发展壮大，其原因在于其固有效率高于传统电源设计。但是，不断完善SMPS设计是一项永不止息的艺术。这些电源在高频时产生电流，但必须防止这些高频流入系统，并且避免其流回电源。另外，电源中的敏感元器件的运行容易受到内部阻抗和周围组件的影响。由于上述原因，SMPS解决方案尽可能地将系统集成，从而帮助降低电源设计的复杂性，并且减少制造成本。如果这个解决方案能够将小外形尺寸隔离与功率电路包含在内，那么效果会更好，其原因是它有效将系统屏蔽于外界干扰，并且防止高频从系统内部迁移到线路上。

制造工艺精进。制造工艺技术不断地提高SMPS和其他电源设计中所使用的硅芯片的电压和频率处理能力。

开关模式电源的类函数

例如，TI的多用途高功率LBC7HV BiCMOS工艺目前用于额定电压高达600伏的集成式栅极驱动器电源开关解决方案。另外，制造厂商也正将注意力转向氮化镓（GaN，构建在硅基板之上）和碳化硅(SiC) 等全新材料，以便在高压下实现更快的开关速度和更高效率。除了众多的基于硅的解决方案，TI还开发了几种GaN开关栅极驱动器，并开始引入含有栅极驱动和GaN电源开关的高级多芯片模块（MCMs）。结合下面讨论的创新组合，制造工艺进步不仅使电源变得更加高效，而且提供更大的功率密度，有助于降低系统成本。

集成。新型高压电源的一项重要要求是重新调节尺寸，使其能够封装在终端设备内的电路板上。

为了满足这一要求，TI计划设计集成众多电源组件的单芯片解决方案，在成本和性能方面更加实用。不论何时，如果由于使用了不同工艺进行功能构建，从而使全系统集成过于昂贵，或者无法实现的话，那么将两个或更多器件集成到MCM中就是一种可行的解决方案。除了节省空间之外，系统级的单芯片和MCM解决方案可提高功率密度，并且减少了对绕组和散热片等无源材料的需要。这种解决方案还简化了设计，因为其可消除或最大限度地降低让电源设变得十分困难的复杂内部阻抗。

隔离。单芯片和MCM集成面临的一个巨大挑战就是如何进行隔离。传统电源使用变压器进行隔离，变压器是位于集成电路外部的庞大组件。然而，处于开发当中的全新的隔离方法将免除外部变压器，直接从芯片或MCM内部对系统进行隔离。为了用户安全和设备保护，这一点很重要，增强型隔离是系统正常运行所需基本隔离的2倍或者更多。随着这些提供隔离的集成方法在市面上不断出现，它们将对于节省空间的电源解决方案变得必不可少。

高频可编程控制器。如果没有精确控制，即使最好的栅极驱动器和电源开关对于SMPS来说，也毫无价值；否则，计时中的细微方差将会很快放大为巨大方差，从而降低系统效率。至少，新型SMPS设计的高频需要高性能状态机提供的数字控制。创新型软件工具帮助电源设计人员理解如何使用C2000 MCU或UCD3138数字控制器，开发数控SMPS系统的闭环控制功能，从而简化从传统模拟控制方法到数字控制的转换工作。

高级封装。集成电源解决方案要求创新型单芯片和MCM封装，以应对高压运行产生的电气性能完整性和热应力要求。封装专家们必须了解的问题有：材料的类型、接合技术以及防止器件性能退化的保护方法。封装性能会由于高压至低压区域的电荷扩散、高电流密度造成的电迁移或者因此必须从封装中去除的热量而下降。由器件使用寿命内的热机械应力以及其他原因造成的破裂也会导致性能退化。高功率水平时上述问题会被放大，尤其是当集成电路被应用于工厂车间、汽车或其他恶劣环境时。TI正在通过广泛的材料评估、综合性测试以及与材料供应商主动接触和交流来应对上述挑战。

提供面向未来的高压效率

随着对更高效电源管理需求的不断增加，对创新技术解决方案的需求也在增加。提升效率有以下几种方式：开发利用替代能源、设计与制造功耗更低的设备以及优化和提升电力传输和转换技术。

TI如何重新定义高压的未来

创新的集成电路技术在上述所有领域内发挥着决定性作用，在提供巨大节能潜力的应用中实现高压电力转换。

随着制造工艺，电路，隔离器、单芯片和MCM集成等组件以及封装的持续发展，电源管理半导体技术也将不断取得进步。设计还将从一体化解决方案中获益，最大程度减少设计SMPS和其他电源系统的工作量。作为行业内领先的模拟集成电路制造商，TI在集成低压电源产品方面拥有悠久历史。充分利用丰富精湛的专业知识和持续专注的技术创新，TI正在快速地向