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(jìn)行快速充電時(shí)效率高達(dá)97%，并可將靜態(tài)待機(jī)電流降低10倍，主要用于支持小型個(gè)人電子產(chǎn)品、便攜式醫(yī)療設(shè)備和樓宇自動(dòng)化應(yīng)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器副總裁Mark Gary認(rèn)為，功率密度、低EMI、低IQ、低噪聲高精度與隔離功能既是未來(lái)電源管理芯片發(fā)展的五大前沿趨勢(shì)，也是衡量一家企業(yè)的產(chǎn)品性能是否繼續(xù)享有領(lǐng)導(dǎo)地位的重要指標(biāo)，5-10年內(nèi)將不會(huì)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(shí)實(shí)現(xiàn)更多的系統(tǒng)功能；盡量減少對(duì)其他系統(tǒng)組件的干擾，簡(jiǎn)化工程師的設(shè)計(jì)和鑒定流程；延長(zhǎng)電池壽命與儲(chǔ)存時(shí)間、實(shí)現(xiàn)更多功能，延長(zhǎng)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(jiǎn)化電源鏈并提高精密模擬應(yīng)用的可靠性；在高壓和關(guān)鍵安全應(yīng)用中實(shí)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(shuō)。

 

 

眾所周知，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生功率、功耗甚至熱的損失，由于氮化鎵能實(shí)現(xiàn)更快的開(kāi)關(guān)速度，所以能夠減少相應(yīng)損耗。最新的數(shù)據(jù)顯示，GaN目前的開(kāi)關(guān)速率達(dá)到了150V/ns，開(kāi)關(guān)頻率可以實(shí)現(xiàn)2MHz甚至10MHz以上，可以消除整流器在進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換時(shí)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(kāi)關(guān)電源、電動(dòng)汽車(chē)、光伏發(fā)電、UPS、數(shù)據(jù)中心、無(wú)線充電，芯片處理器等應(yīng)用中具有良好前景。

 

TI早在2010年就開(kāi)啟了有關(guān)氮化鎵的研究，目前為止，能夠?qū)?50mΩ、70mΩ和50mΩGaN FETs產(chǎn)品進(jìn)行組合式批量生產(chǎn)，并在2018年與西門(mén)子同步展示了業(yè)界首個(gè)10千瓦的云電網(wǎng)與GaN連接的產(chǎn)品。不久前通過(guò)自主研發(fā)的對(duì)流冷卻900V、5000W雙向AC/DC平臺(tái)產(chǎn)品，功率密度比傳統(tǒng)IGBT解決方案高300%，進(jìn)一步擴(kuò)展了GaN在汽車(chē)、并網(wǎng)存儲(chǔ)和太陽(yáng)能等領(lǐng)域的新應(yīng)用。

“在2020年結(jié)束以前，我們將會(huì)有超過(guò)3000萬(wàn)小時(shí)的可靠性測(cè)試，以此來(lái)增加我們對(duì)于新產(chǎn)品、新物料的信心。”Mark Gary說(shuō)，接下來(lái)，TI將不僅致力于氮化鎵在充電適配器中的應(yīng)用，還會(huì)將氮化鎵拓展至汽車(chē)、電網(wǎng)存儲(chǔ)和太陽(yáng)能領(lǐng)域。

 

在采訪中，他多次強(qiáng)調(diào)采用氮化鎵器件能夠?yàn)橄到y(tǒng)級(jí)解決方案帶來(lái)成本效益，而不是單純針對(duì)GaN和硅材料本身的成本進(jìn)行比較。以汽車(chē)領(lǐng)域?yàn)槔?，?chē)本身的生產(chǎn)以及應(yīng)用面積尺寸本身是非常龐大并且繁瑣，汽車(chē)半導(dǎo)體廠商已經(jīng)能夠認(rèn)識(shí)到，在這樣大的系統(tǒng)上，氮化鎵能夠?yàn)槠鋷?lái)整體成本上的優(yōu)勢(shì)。所以，TI在氮化鎵上的優(yōu)勢(shì)即是為整個(gè)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(gè)輸入電壓范圍(3.6 V至24 V)內(nèi)充電電流可達(dá)5A，通過(guò)對(duì)充電IC的正向和反向的雙向操作可支持移動(dòng)(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(wú)線、USB、筒狀插孔和太陽(yáng)能充電在內(nèi)的多類(lèi)電源，這種通用充電設(shè)計(jì)使得便攜式醫(yī)療設(shè)備，諸如血壓計(jì)和低功率持續(xù)氣道正壓通氣(CPAP)機(jī)器等，能夠通過(guò)車(chē)載適配器或USB-PD適配器進(jìn)行充電，為便攜式醫(yī)療設(shè)備帶來(lái)了更高的靈活性和便利性。

 

為了幫助設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、充電路徑管理FET、輸入電流和充電電流檢測(cè)電路和雙輸入選擇驅(qū)動(dòng)器，并同時(shí)提供155mW/mm2(100W/in2)的功率密度，高于市場(chǎng)約兩倍。

 

BQ25790和BQ25792同時(shí)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(guò)運(yùn)輸模式和關(guān)機(jī)功能將靜態(tài)電流降低多達(dá)十倍，所提供的電池待機(jī)時(shí)間比市場(chǎng)高至少五倍。結(jié)合極低的8mΩ電池FET電阻，工程師可進(jìn)一步延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間。

 

 

TPS546D24A是一款面向數(shù)據(jù)中心與企業(yè)計(jì)算、無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施和有線網(wǎng)絡(luò)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(dá)1.5 MHz的開(kāi)關(guān)頻率，使每個(gè)IC的電流達(dá)到40A，與同類(lèi)器件相比，電感和電容降低了三分之一。通常，高開(kāi)關(guān)頻率會(huì)降低轉(zhuǎn)換效率，不過(guò)TI通過(guò)在器件內(nèi)部集成一個(gè)0.9mΩ的低邊MOSFET實(shí)現(xiàn)高于同類(lèi)產(chǎn)品3.5%的轉(zhuǎn)換效率。

 

由于其可擴(kuò)展性，TPS546D24A降壓轉(zhuǎn)換器可以減少電源解決方案的尺寸，同時(shí)優(yōu)化散熱性能。它帶有一個(gè)PMBus接口，該接口提供了一個(gè)可選擇的內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，這樣可以減少六個(gè)外部補(bǔ)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(lèi)器件降低13°C的溫升。但與此同時(shí)，TPS546D24A PMBus降壓轉(zhuǎn)換器可以在85°C的環(huán)境溫度下提供高達(dá)160A的電流，這比同類(lèi)產(chǎn)品的電流大4倍。

 

 

TPSM53604滿(mǎn)足CISPR 11 B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，能夠在高達(dá)105度的嚴(yán)苛工業(yè)應(yīng)用中，將電源設(shè)計(jì)的尺寸減少30%，并將功耗減少50%；UCC12050/40則是首款采用新型專(zhuān)有集成變壓器技術(shù)開(kāi)發(fā)的器件，具有更低的初級(jí)至次級(jí)電容，優(yōu)化了EMI性能，效率和功率密度是同類(lèi)器件的兩倍，可以應(yīng)用于運(yùn)輸、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施等應(yīng)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(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更高效率。