德州儀器(TI)日前推出了兩款集成功率路徑管理功能的降壓-升壓電池充電器IC BQ25790和BQ25792，在以30W功率進行快速充電時效率高達97%，并可將靜態(tài)待機電流降低10倍，主要用于支持小型個人電子產(chǎn)品、便攜式醫(yī)療設備和樓宇自動化應用中的USB Type-C和USB Power Delivery(PD)端口的大功率密度、通用及快速充電。

 

德州儀器降壓DC/DC開關穩(wěn)壓器副總裁Mark Gary認為，功率密度、低EMI、低IQ、低噪聲高精度與隔離功能既是未來電源管理芯片發(fā)展的五大前沿趨勢，也是衡量一家企業(yè)的產(chǎn)品性能是否繼續(xù)享有領導地位的重要指標，5-10年內(nèi)將不會出現(xiàn)任何改變。

 

具體而言，就是提高功率密度可以在降低系統(tǒng)成本的同時實現(xiàn)更多的系統(tǒng)功能；盡量減少對其他系統(tǒng)組件的干擾，簡化工程師的設計和鑒定流程；延長電池壽命與儲存時間、實現(xiàn)更多功能，延長系統(tǒng)使用壽命并降低系統(tǒng)成本；降低或轉(zhuǎn)移噪聲可簡化電源鏈并提高精密模擬應用的可靠性；在高壓和關鍵安全應用中實現(xiàn)更高工作電壓和更大可靠性。

 

“全球?qū)τ谝曨l、信息交換、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的需求一直在不斷地上升。根據(jù)這樣的需求，分布式電源管理和產(chǎn)品如何在不斷縮小的終端產(chǎn)品尺寸下，提供同樣甚至更高的功率密度，是非常迫切且重要的話題。”Mark Gary說。

 

 

眾所周知，在開關過程中會產(chǎn)生功率、功耗甚至熱的損失，由于氮化鎵能實現(xiàn)更快的開關速度，所以能夠減少相應損耗。最新的數(shù)據(jù)顯示，GaN目前的開關速率達到了150V/ns，開關頻率可以實現(xiàn)2MHz甚至10MHz以上，可以消除整流器在進行交直流轉(zhuǎn)換時90%的能量損失，還可以使筆記本電源適配器體積縮小80%，因此在開關電源、電動汽車、光伏發(fā)電、UPS、數(shù)據(jù)中心、無線充電，芯片處理器等應用中具有良好前景。

 

TI早在2010年就開啟了有關氮化鎵的研究，目前為止，能夠?qū)?50mΩ、70mΩ和50mΩGaN FETs產(chǎn)品進行組合式批量生產(chǎn)，并在2018年與西門子同步展示了業(yè)界首個10千瓦的云電網(wǎng)與GaN連接的產(chǎn)品。不久前通過自主研發(fā)的對流冷卻900V、5000W雙向AC/DC平臺產(chǎn)品，功率密度比傳統(tǒng)IGBT解決方案高300%，進一步擴展了GaN在汽車、并網(wǎng)存儲和太陽能等領域的新應用。

“在2020年結(jié)束以前，我們將會有超過3000萬小時的可靠性測試，以此來增加我們對于新產(chǎn)品、新物料的信心。”Mark Gary說，接下來，TI將不僅致力于氮化鎵在充電適配器中的應用，還會將氮化鎵拓展至汽車、電網(wǎng)存儲和太陽能領域。

 

在采訪中，他多次強調(diào)采用氮化鎵器件能夠為系統(tǒng)級解決方案帶來成本效益，而不是單純針對GaN和硅材料本身的成本進行比較。以汽車領域為例，車本身的生產(chǎn)以及應用面積尺寸本身是非常龐大并且繁瑣，汽車半導體廠商已經(jīng)能夠認識到，在這樣大的系統(tǒng)上，氮化鎵能夠為其帶來整體成本上的優(yōu)勢。所以，TI在氮化鎵上的優(yōu)勢即是為整個系統(tǒng)，整體解決方案降低成本。

 

 

根據(jù)德州儀器電源管理解決方案產(chǎn)品線經(jīng)理Samuel Wong的介紹，BQ25790和BQ25792提供了一節(jié)電池到四節(jié)電池充電的靈活性，在整個輸入電壓范圍(3.6 V至24 V)內(nèi)充電電流可達5A，通過對充電IC的正向和反向的雙向操作可支持移動(OTG)充電。

 

值得一提的是，充電器集成的雙輸入選擇器支持包括無線、USB、筒狀插孔和太陽能充電在內(nèi)的多類電源，這種通用充電設計使得便攜式醫(yī)療設備，諸如血壓計和低功率持續(xù)氣道正壓通氣(CPAP)機器等，能夠通過車載適配器或USB-PD適配器進行充電，為便攜式醫(yī)療設備帶來了更高的靈活性和便利性。

 

為了幫助設計者減小解決方案尺寸和物料清單(BOM)，兩款器件分別采用了2.9mm x 3.3mm、56引腳WCSP封裝和4mm x 4mm、29引腳QFN封裝，集成了開關金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、充電路徑管理FET、輸入電流和充電電流檢測電路和雙輸入選擇驅(qū)動器，并同時提供155mW/mm2(100W/in2)的功率密度，高于市場約兩倍。

 

BQ25790和BQ25792同時也是TI首款靜態(tài)電流低于1 ?A的多電芯降壓-升壓電池充電器。通過運輸模式和關機功能將靜態(tài)電流降低多達十倍，所提供的電池待機時間比市場高至少五倍。結(jié)合極低的8mΩ電池FET電阻，工程師可進一步延長電池運行時間。

 

 

TPS546D24A是一款面向數(shù)據(jù)中心與企業(yè)計算、無線基礎設施和有線網(wǎng)絡的40A SWIFT DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器，也是業(yè)界第一款可4路并聯(lián)輸出的芯片。支持高達1.5 MHz的開關頻率，使每個IC的電流達到40A，與同類器件相比，電感和電容降低了三分之一。通常，高開關頻率會降低轉(zhuǎn)換效率，不過TI通過在器件內(nèi)部集成一個0.9mΩ的低邊MOSFET實現(xiàn)高于同類產(chǎn)品3.5%的轉(zhuǎn)換效率。

 

由于其可擴展性，TPS546D24A降壓轉(zhuǎn)換器可以減少電源解決方案的尺寸，同時優(yōu)化散熱性能。它帶有一個PMBus接口，該接口提供了一個可選擇的內(nèi)部補償網(wǎng)絡，這樣可以減少六個外部補償器件，相比于其他方案，可以減少10%的尺寸。TPS546D24A還具備較低的熱阻值，僅8.1°C/W，同等條件下，可比同類器件降低13°C的溫升。但與此同時，TPS546D24A PMBus降壓轉(zhuǎn)換器可以在85°C的環(huán)境溫度下提供高達160A的電流，這比同類產(chǎn)品的電流大4倍。

 

 

TPSM53604滿足CISPR 11 B級標準，能夠在高達105度的嚴苛工業(yè)應用中，將電源設計的尺寸減少30%，并將功耗減少50%；UCC12050/40則是首款采用新型專有集成變壓器技術開發(fā)的器件，具有更低的初級至次級電容，優(yōu)化了EMI性能，效率和功率密度是同類器件的兩倍，可以應用于運輸、電網(wǎng)基礎設施等應用中。利用UCC12050/40可將其電源解決方案縮小至80%，并在需要隔離的工業(yè)應用中實現(xiàn)更高效率。