由於IC光刻工藝和每個功能運行功率的大幅縮減，使得芯片上可集成更多功能和柵極，對成品的總體功率需求迅速增長，如圖1suoshi。yixiechuliqixianzaikeyixiaohaojibaianpeidianliu，bingqiekeyizaibudaoyiweimiaodeshijianneicongdidianliuzhuangtaishangshengdaowanquanjihuozhuangtai。tongguojiangdisunhaohetigaorexingnengshixian“在硬幣大小的麵積上達到千瓦級功率”的密度目標並非一句玩笑話。

 

圖1：從1992年到2010年的產品熱密度發展趨勢

 

問題不僅在於管理功率和因此產生的功耗。由於存在基本的I2R損耗
，即使在電源負載路徑中明顯“可忽略”的電阻也成為了有效功率輸送的主要障礙：在200 A時，僅1mΩ的引線/走線電阻可導致出現0.2 V IR壓降和40 W損sun耗hao。此ci外wai
，因yin為wei可ke以yi靠kao近jin負fu載zai放fang置zhi，使shi用yong較jiao小xiao的de轉zhuan換huan器qi也ye存cun在zai兩liang難nan問wen題ti
，，這zhe一yi方fang麵mian有you利li於yu減jian少shao走zou線xian損sun耗hao和he噪zao聲sheng拾shi取qu，但dan也ye成cheng為wei負fu載zai附fu近jin的de一yi個ge發fa熱re源yuan，導dao致zhi溫wen度du升sheng高gao。

 

與功率密度相關的趨勢：單顆“魔彈”可能無法解決密度難題。解決方案將包括跨學科改進，將導致：

·更高頻率的開關;

·將電源管理功能(或其電感)移到處理器散熱器下方;

·更高的軌電壓，如48 V

，以最小化IC壓降;

·新封裝類型;

·將無源元件集成到芯片上或封裝中。

 

 

圖2：禁用和啟用擴頻的噪聲比較

 

隨著電子產品更廣泛、更深入地擴展到大眾市場應用中，降低EMI已成為一個更大的問題，快速了解一下當今的汽車就能證明。實際上，由於難以抑製AM波段EMI，一些電動汽車/混合動力汽車不再提供AM無線電選項。當然，汽車中的EMI不僅僅會影響無線電，還會影響任務關鍵型ADAS(先進駕駛輔助係統)功能
，如自適應巡航控製雷達。

 

對設計人員來說，EMI方fang麵mian的de挑tiao戰zhan在zai於yu它ta通tong常chang更geng像xiang是shi一yi門men藝yi術shu，而er非fei一yi門men科ke學xue。建jian模mo是shi一yi個ge難nan題ti
，其qi解jie決jue方fang案an通tong常chang需xu要yao反fan複fu試shi驗yan才cai能neng將jiang其qi降jiang至zhi所suo需xu的de最zui大da值zhi。此ci外wai
，EMI並非單一實體
，而是具有不同的來源、路徑和外觀。例如
，通常引線布線和PCB布局會產生較強的輻射EMI，而轉換器設計和無源濾波器網絡則產生更強的傳導差分模式EMI。

 

與EMI相關的趨勢：無源濾波器之類的解決方案是可用的並且可能非常有用，但它們在尺寸、重量和成本的可削減區域內僅可達到一定水平。更大的機會在於IC供應商如何從源頭解決EMI問題
，從而提供更好的結果並增強易用性，以滿足必要的合規標準要求。

 

這些解決方案詳細介紹了噪聲的基本原理，並將降噪噪技術進行了分層：

·增加使用擴頻技術來擴散噪聲能量，從而降低其在整個頻譜上的峰值;

·封裝
，包括集成無源元件，可減少開關時引起電壓尖峰和振鈴的寄生效應;

·調製功率器件柵極驅動，以減少產生噪聲的dV/dt回轉，同時不影響效率。

 

 

盡管電氣隔離技術已經使用了很多年
，但新工程師通常對其了解甚少。簡而言之，它提供了一個屏障
，因此輸入和輸出級之間沒有歐姆(電流)路徑，但允許電源和信號能量通過該屏障。可以通過各種方法來實現隔離
，包括光學、磁性、電容或小型RF耦合，如圖3。

 

電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)最(zui)常(chang)成(cheng)為(wei)以(yi)下(xia)兩(liang)個(ge)主(zhu)要(yao)目(mu)的(de)之(zhi)一(yi)。首(shou)先(xian)，它(ta)為(wei)具(ju)有(you)內(nei)部(bu)潛(qian)在(zai)危(wei)險(xian)性(xing)高(gao)電(dian)壓(ya)係(xi)統(tong)的(de)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)了(le)安(an)全(quan)性(xing)
，它(ta)可(ke)以(yi)確(que)保(bao)係(xi)統(tong)中(zhong)存(cun)在(zai)任(ren)何(he)內(nei)部(bu)故(gu)障(zhang)時(shi)，都(dou)無(wu)法(fa)影(ying)響(xiang)到(dao)用(yong)戶(hu)。其(qi)次(ci)，它(ta)實(shi)現(xian)了(le)一(yi)大(da)類(lei)創(chuang)新(xin)型(xing)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)架(jia)構(gou)
，其(qi)中(zhong)初(chu)級(ji)側(ce)和(he)次(ci)級(ji)側(ce)之(zhi)間(jian)必(bi)須(xu)沒(mei)有(you)可(ke)能(neng)的(de)公(gong)共(gong)電(dian)流(liu)

，例(li)如(ru)當(dang)一(yi)側(ce)接(jie)地(di)時(shi)，另(ling)一(yi)側(ce)處(chu)於(yu)不(bu)接(jie)地(di)連(lian)接(jie)的(de)“浮動”狀態。

 

人們對隔離的需求受到各種情況的驅動，例如工廠自動化、廣泛的人機界麵(HMI)、太陽能電池板和醫療儀器。GaN和SiC功率器件的dV/dt額定值較高也推動了具有挑戰性的隔離要求。

 

與隔離有關的趨勢：隔離可以僅用於電源軌

、信號線(數據)或同時用於兩者。理想情況下，IC供應商可以將電源和數據隔離集成在同一個封裝中，以確保安全性和可靠性。此外
，由於集成了數據和電源隔離功能，IC供應商可以針對這些應用中典型的嚴格EMI標準更好地進行控製和設計。

 

所需的隔離級別是應用的一大功能：5 kV增強隔離在許多情況下是足夠的
，並且有詳細的行業標準對其進行定義。

 

由於具有卓越的共模瞬態抗擾度(CMTI)性xing能neng和he數shu據ju完wan整zheng性xing

，使shi用yong隔ge離li電dian容rong進jin行xing數shu據ju傳chuan輸shu是shi一yi種zhong流liu行xing的de方fang法fa。然ran而er，由you於yu可ke傳chuan輸shu的de功gong率lv有you限xian以yi及ji效xiao率lv
，對dui於yu大da多duo數shu功gong率lv傳chuan輸shu應ying用yong來lai說shuo隔ge離li電dian容rong是shi不bu可ke行xing的de。因yin此ci
，當dang需xu要yao功gong率lv傳chuan輸shu時shi，磁ci性xing方fang法fa成cheng為wei了le優you選xuan方fang案an。結jie合he這zhe兩liang種zhong方fang法fa，可ke以yi在zai同tong一yi封feng裝zhuang中zhong實shi現xian完wan全quan“自偏置”收發器等解決方案，同時具有隔離電源和數據連接。此類產品和技術創新真正改變了這些安全關鍵應用中的遊戲規則。

 

 

電源功能、組件和傳輸方麵的進步是跨學科的，因為密度、EMI和隔離密切相關。例如


，降低EMI會導致無源濾波器尺寸減小，從而獲得更高的功率密度。進步將來自“堆疊”創新，帶來更多重大技術發展。其中包括充分表征的寬帶隙(WBG)功率器件，改進的器件管芯熱界麵，增強的無源器件和功能集成
，先進工藝技術的開發和創新的電路IP。

 

德州儀器(TI)作為電源相關組件和設計支持工具的領先供應商，正在開發促進和支持這些趨勢的相關技術，包括材料
、工藝、拓撲、電路和封裝等。
 

來源：芯聞號TI德州儀器