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德州仪器推出“双高”转换器,演绎电源技术创新

2016年06月13日14:12:40 本网站 我要评论(2)字号:T | T | T

 

 

日前,德州仪器(TI)推出两款SWIFT新产品,一个是业界最高电流的40-A16-VIN转换器,另一个是业界最高功率密度12-V10-A10-MHz DC/DC转换器,再次印证了该公司在电源技术创新方面的新突破。该公司模拟产品业务拓展经理赵向源向记者介绍了两款产品的特色和应用范围。

 

半导体行业的关键技术和新需求

赵向源在谈到产品之前,首先表示TI的重点投资领域是工业应用。他认为,工业对半导体需求一直在增加,最近比较热的话题就是工业4.0/中国制造2025,其主要核心体现在生产的自动化、智能化、各个环节的互联化。在这种背景下,半导体行业的关键技术和需求体现在以下几个方面。

首先是感测,也就是传感器。因为互联化、智能化需要对工业现场的各种信号和信息进行采集,包括温度、湿度、气体、位移。传感器应用于工业的各个领域和环节。

第二是高精度模拟。工业领域需要非常精密的信号采集、信号处理、信号控制,相对应的就需要高精度的器件,比如高精度的放大器、数模转化器。

第三是嵌入式处理与通信,包括有线、无线的接口技术,比如工业以太网,包括CAN。这种无线技术构成了整个工业4.0环境的互联化技术。

第四是隔离。工业的现场是比较嘈杂的,环境比较恶劣。如果要在这么复杂的工业环境里保证系统安全可靠的运行,不得不用到隔离。隔离也是实现工业智能化的关键技术,确保系统安全可靠。

第五是电源管理。电源无处不在。既然谈到工业4.0的智能化、自动化、互联化,就需要与之匹配的先进电源技术,比如传感器用在各种工业环境中,很多传感器都需要电池供电,要求电源必须低功耗、省电。一个传感器放在工业现场三五年,需要满足低功耗要求。既然传感器的应用这么普遍,对它的体积也有要求。特别是提到IoT、物联网的概念,都需要小尺寸、低功耗的电源。

赵向源解释说,高精度模拟指的是高精度的运放、高精度数模转换器,电源输出的电压也需要高精度。如果本身信号输出是高精度的,而电源不是高精度的,如何能够保证信号的完整性?如何保证高精度的采样、测量?所以相对应的也需要高精度的电源。

信号是隔离的,电源不隔离,何谈信号隔离?与隔离相对应也需要高压技术,也需要隔离的电源技术。半导体需求的各项技术都需要与之对应的电源管理技术。

这几项技术可以帮助实现工厂的自动化、楼宇的自动化、智能电网、电机驱动控制等等方面,可以使工业4.0更加安全、可靠、稳定地运行。

提到电源管理,关键的就是电源转换。能源效率是指转换效率。工业4.0强调大数据、云计算、云存储。与之相对应的需要电源技术也能够实现高效。因为在进行大数据存储和处理的时候,电流能力越来越高、功率越来越大,损耗也变大。如何减小损耗是个问题。

高集成度意味着有更小的BOM、物料清单、更小的PCB尺寸,意味着生产制造环节更加精简。对客户来讲就是节省系统成本。尺寸变小意味着有更多的空间让客户的产品拥有更多的功能,并进行更多的差异化设计。

更高的电压指的就是在工业现场如何保证安全。这个安全不光是设备、产品的安全,还包括操作产品的人员的安全。如何让芯片更高的耐压、更高的处理可靠性、稳定性和安全性。

高功率密度的定义就是在单位体积内处理更多的能量、处理更多的功率。在服务器行业、通信、电信行业、存储行业、汽车行业都会对空间有要求。怎么在比较小的空间内处理更多的能量,这就体现了功率密度的要求。

综上,高效率、高集成度、更高的电压、更高安全度、更高的功率密度将是电源创新设计的主要体现。

他说,TI的工程师和技术专家一直致力于这些方面的创新,包括高效率、小尺寸、低功耗。TI的产品领域比较多,应用面比较全,TI在电源管理上不仅仅是产品创新,在行业内还拥有超过三十年的经验。利用自己的经验、全球的生产制造和对客户系统的认知,提供给客户的是一种创新的电源解决方案,而不仅仅是一款产品。

 

 

TI的产品应用于各个领域,与电源相关的设计都有相关产品,比如比较齐全的交流转直流AC/DC、直流转直流DC/DC、LDO、电池管理、接口电源。现在比较热门的USB3.0、以太网的接口电源,TI都有做。这些接口也可以做一些保护器件。这么齐全的产品应用在非常广泛的领域,工业、汽车是主要的应用市场,甚至包括通信行业、服务器行业、个人消费行业,以及大家生活相关的各个领域。

 

具有真差分远程电压感测特性的转换器

赵向源介绍,这次推出的40-A, 16-VIN同步降压DC/DC转换器是业界首个带有真差分远程电压感测功能的产品。SWIFT TPS548D22降压转换器带有一个小尺寸PowerStack封装和集成金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),可在空间受限的应用中驱动专用集成电路(ASIC)和数字信号处理器(DSP)。与德州仪器的WEBENCH®Power Designer工具一起使用时,TPS548D22可让工程师获得其功率密集型有线和无线通讯;企业和云计算;及数据储存系统设计以加快上市速度。TPS548D22 DC/DC转换器采用D-CAP3控制模式拓扑结构,在不同温度下具有0.5%的基准电压精度和真差分远程电压感测功能,可以满足深亚微米处理器的电压要求。

 

 

TPS548D2240-A转换器系列中首款加入德州仪器高电流DC/DC SWIFT产品组合的产品。TPS548D22的主要特性和优势主要包括:集成2.9/1.2毫欧的高/低侧RDS(ON)功率MOSFET,可以增加功率密度和系统可靠性;真差分远程电压感测可改善负载调节,以提高整体系统精度;简单易用的D-CAP3自适应工作时间控制模式可提供高精度和极其快速的负载瞬态响应,且无需环路补偿,可简化设计并可最大限度地减少外部组件数量;PowerStack四方扁平无引线(QFN)封装具有极高的功率密度,可轻松将热量从集成电路(IC)底部的单接地垫块散发到通孔极少的内部印刷电路板接地层;其它确保可预测及可靠的操作特征还有,包括内部软启动、输入欠压保护及热关断。

 

 

 

实现现有解决方案的四倍电流密度

德州仪器推出的另一款产品是TPS54A20 SWIFT同步DC/DC转换器,是具有业界最高功率密度12-V, 10-A,10-MHz DC/DC转换器。这个串联电容降压转换器电流密度超过50 A/cm3,是任何其它12伏功率管理部件或现有解决方案的电流密度的四倍。

 

 

赵向源表示,TPS54A20 SWIFT同步DC/DC转换器具有独特的拓扑结构,可在每相高达5 MHz的条件下高频运作,而无需特殊磁性元件或复合半导体,设计者可在8V14 V的输入和10-A输出应用中使用。通过使用降压转换器和德州仪器的WEBENCH®功率设计工具,工程师可获得空间和高度受限的负载点(POL)电信和联网电源设计,从而加快上市速度。

据介绍,该TPS54A20具有一个独特的两相、串联电容DC/DC降压拓扑结构,它将开关电容电路和多相降压转换器集为一体。此电容转换技术可以实现高效、高频操作,同时其尺寸也比传统转换器小7倍之多。

 

 

TPS54A20主要特性与优势包括三个方面,其一是微型解决方案:小型Hotrod™四方扁平无引线(QFN)封装,及经济、微型25 MHz电感器可实现131-mm2的解决方案,与同类500 kHz DC/DC转换器相比,其占用空间可减少一半。

 

 

其二是低断面:此产品高度小于2mm,尺寸、重量和物料清单(BOM)均有所缩减,可在印刷电路板(PCB)背面放置微型10-A稳压器,这样工程师便能够在工业服务器或其他空间受限应用中利用TPS54A20

 

 

其三是多兆赫操作:14纳秒的最小导通时间支持在4-/7/10-MHz条件下运行,而且不会影响效率或电磁干扰(EMI)性能。

目前,德州仪器及其授权分销商已批量销售上述两款DC/DC转换器。

 

www.ti.com.cn

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