电源发展趋势:功率密度

在更小的空间内实现更大的功率,从而以更低的系统成本增强系统功能

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功率密度

随着功率需求的增加,电路板面积和厚度日益成为限制因素。电源设计人员必须向其应用中集成更多的电路,才能实现产品的差异化,并提高效率和增强热性能。通过采用 TI 的先进工艺、封装和电路设计技术,目前能以更小的外形尺寸实现更高的功率等级。

了解提高功率密度的利弊权衡和所需技术

在电源设计中,空间是有限的,因此工程师始终面临着一个挑战,即在更小的空间内实现更大的功率。提高功率密度的需求显而易见,但现在有哪些因素限制了设计人员提高功率密度?在此白皮书中,我们将深入分析提高功率密度的限制因素,并提供可帮您克服这些因素的技术示例。

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TI 高功率密度技术的优势

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产热更少

借助我们先进的器件和氮化镓技术,实现出色的器件开关性能。

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热性能更出色

利用先进的冷却技术(包括增强型 HotRod™ QFN 封装、电源晶圆芯片级封装和顶部散热),帮助封装体散热。

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效率更高

借助多级转换器拓扑和先进的功率级栅极驱动器,使用较小的无源器件实现较高的开关频率,同时又不影响效率。

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系统占用空间更小

利用高级的多芯片模块技术,节省布板空间、简化电路板布局并降低寄生效应的影响。

了解功率密度的基础技术

观看此培训系列,其中我们通过介绍高功率密度解决方案的四个重要方面,以及支持这些特定要求的相关技术和产品,概述了如何实现更高的功率密度。

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特色高功率密度产品

氮化镓 (GaN) IC LMG3522R030-Q1 预发布 具有集成驱动器、保护和温度报告功能的汽车类 650V 30mΩ GaN FET
新产品 负载开关 TPS22992 正在供货 具有可调节上升时间和可调节快速输出放电功能的 5.5V、6A、10mΩ 负载开关
降压模块(集成电感器) TPSM53604 正在供货 采用小型 5.5mm x 5mm x 4mm Enhanced HotRod™ QFN 封装、具有小外形尺寸的 36V、4A 降压电源模块
新产品 隔离式 DC/DC 转换器 UCC14240-Q1 预发布 具有集成变压器的汽车类 1.5W、24V 输入电压、稳压 3kVRMS 隔离式直流/直流模块

特色高功率密度参考设计

Reference design
基于 GaN 的 6.6kW 双向车载充电器参考设计
PMP22650 参考设计是一款 6.6kW 的双向车载充电器。该设计采用两相图腾柱 PFC 和带有同步整流功能的全桥 CLLLC 转换器。CLLLC 采用频率和相位调制在所需的调节范围内调节输出。该设计采用 TMS320F28388D 微控制器内的单个处理内核来控制 PFC 和 CLLLC。使用配有 Rogowski 线圈电流传感器的相同微控制器来实现同步整流。通过高速 GaN 开关 (LMG3522) 实现高密度。PFC 的工作频率为 120kHz,而 CLLLC 在 200kHz 至 800kHz 的可变频率范围内运行。峰值系统效率为 96.5%,该数值在 3.8kW/L (...)
Reference design
适用于 2 至 4 节电池的集成 USB Type-C® 电力输送 (PD) 和充电参考设计

在无需任何外部 FET 的情况下,此参考设计可提供高达 20V 的充电电压(电流为 5A),从而显著缩小解决方案尺寸并降低总 BOM 成本。同时,也不需要微处理器,因为 TPS25750 电力输送 (PD) 控制器将负责与 BQ25792 电池充电器 IC 的 I2C 通信。此 I2C 的功能以及 TPS25750 基于网络的 GUI 显著简化了固件开发过程。

Reference design
1kW、80 Plus Titanium、GaN CCM 图腾柱无桥 PFC 和半桥 LLC 参考设计

此参考设计是一种数字控制的紧凑型 1kW 交流/直流电源设计,适用于服务器电源单元 (PSU) 和通信电源整流器应用。 该高效设计支持两个主要功率级,包括一个前端连续导通模式 (CCM) 图腾柱无桥功率因数校正 (PFC) 功率级。PFC 功率级采用带有集成驱动器的 LMG341x GaN FET,可在较宽的负载范围内实现高效率,并且符合 80 plus titanium 要求。该设计还支持半桥 LLC 隔离式直流/直流级,以便在 1kW 功率下获得 +12V 直流输出。 两个控制卡使用 C2000™ Piccolo™ 微控制器来控制两个功率级。

了解有关其他电源发展趋势的更多信息

凭借超高的工作电压和可靠性提升安全性。

在不影响系统性能的同时,延长电池寿命和货架期。

通过减少辐射发射,降低系统成本并快速满足 EMI 标准。

增强功率和信号完整性,以提高系统级保护和精度。