德州儀器新品發布：氮化鎵產品與隔離式輔助電源解決方案引領高功率密度設計
2024-03-18 08:47:17 EETOP2024年3月6日，EETOP應邀參加德州儀器線上功率密度新品發布會，德州儀器氮化鎵產品業務負責人 楊斐博士以及德州儀器中國區技術支持經理 寧玉懷先生 (Jaden Ning)為與會記者帶來了德州儀器在電源管理方面的高功率密度設計方案以及兩款新的產品。德州儀器數十年來專注于電源管理技術的研發，此次推出的兩款針對高功率密度設計的新品，展現其在電源領域的領先地位。
高功率密度成為電源設計趨勢及其帶來的挑戰
隨著數據中心和車載應用對功率需求的增長，高功率密度設計成為必然趨勢。這對功率器件的尺寸、功率和散熱提出了更高要求，需要新的設計策略來應對。
氮化鎵產品的優勢與應用
氮化鎵作為第三代半導體，具有低開關損耗的優勢。德州儀器推出的氮化鎵產品通過集成驅動和減少損耗，實現了電源設計頻率的提升和功率密度的顯著增加。在光伏系統中，氮化鎵產品能有效提高系統效率和功率密度。
德州儀器全新發布的氮化鎵產品系列
在新一代100V GaN中，德州儀器創新地將驅動與GaN集成在一起，并提供了半橋和單管兩種模式，以滿足不同應用場景的需求。這種集成設計不僅減少了損耗，還提高了電源設計的頻率。頻率的提升進而降低了電源系統設計中電感、變壓器和母排電容的尺寸要求，從而顯著提升了電源級系統的功率密度。
通過將驅動與氮化鎵集成，德州儀器的產品使得印刷電路板的尺寸縮小了40%。同時，通過提高開關頻率，整個電源的被動元件數量也得到了減少。這使得產品功率密度達到了1.5kW/in3以上，表現出色。在提高功率密度的同時，德州儀器也充分考慮了系統散熱問題。隨著芯片體積的縮小，流經它們的功率卻在不斷增加，這使得芯片散熱成為了一個亟待解決的問題。為此新產品采用了雙面散熱設計，頂層和背面都能有效散熱。這不僅有助于縮小產品體積，還能通過兩面散熱，降低整個系統的散熱成本。在某些應用中，甚至無需額外散熱器就能滿足系統的散熱需求。
此外，德州儀器的氮化鎵產品還能幫助工程師在各類應用和常見拓撲中實現系統的整體優化。無論是降壓轉換器、升壓轉換器、LLC還是電機驅動系統，都可以發揮出色作用。
通過提高系統效率并改進散熱，將開關功耗減半
具有底部延伸接地焊盤的熱增強頂部冷卻封裝可實現相比同類 GaN 器件更高效的散熱和更優的熱阻
與硅和分立式解決方案相比，輸出電容降低 60%，柵極驅動器損耗降低 50%，因此系統效率可提高至 98% 以上
德州儀器最新的隔離式輔助電源解決方案
德州儀器最新推出的隔離式輔助電源解決方案，專為提高汽車和工業系統的功率密度和效率而設計。傳統的隔離式輔助電源解決方案常受限于笨重、易受振動影響的變壓器，導致設計復雜且輻射EMI高。
得益于變壓器設計的技術突破，德州儀器成功將變壓器與硅集成到一個封裝中，顯著減小了直流/直流模塊的高度和尺寸。其1.5W隔離式直流/直流模塊采用超小型4mm×5mm VSOM封裝，功率密度高達分立式解決方案的8倍以上，同時保持相同的輸出功率。這意味著設計人員可以大幅縮小輔助電源尺寸，降低高度，并減少BOM數量。
UCC33420-Q1是市場上首款符合汽車標準的超小型1.5W隔離式直流/直流模塊，它集成了隔離電源變壓器、電橋與控制邏輯，消除了對大型變壓器的需求，提高了可靠性，簡化了設計，并增強了抗振性。此外，該模塊還具備優化的EMI性能，輕松滿足嚴苛的合規標準，并具備高共模瞬態抗擾性和低電容，可承受高電壓瞬變。
業界超小型 1.5W 隔離式直流/直流模塊
UCC33420的兩個版本已支持預量產并提供評估模塊。德州儀器將繼續推出更多適用于高電壓應用的封裝選項。
德州儀器通過創新方法提升功率密度，不僅體現在這款產品中，更反映在其整個產品系列中。他們與電源設計人員緊密合作，全面解決設計挑戰，致力于實現整體性能的優化。
