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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借助哪些技术可实现更高的功率密度?

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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尺寸更小,散热更少

通过结合独特集成技术和超低 RDSON、低 RSP FET 的高性能器件选项节省布板空间,从而实现更小的裸片尺寸。

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热性能更出色

利用先进的散热技术(包括增强型 HotRod™ QFN 封装、电源 Wafer Chip-Scale Packaging (WCSP) 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。

克服散热挑战的三种方法

无论是电路设计,还是封装研发、热优化系统设计等,TI 都是您攻克功率密度难题的理想合作伙伴。详细了解我们实现更小、更高性能 IC 的多方面方法。
 

特色高功率密度产品

新产品 Gallium nitride (GaN) power stages LMG2100R044 正在供货 具有集成驱动器和保护功能的 100V 4.4mΩ 半桥 GaN FET
新产品 Isolated power modules (integrated transformer) UCC33420-Q1 预发布 具有集成变压器的汽车类 5V/5V 1.5W 3kVrms 隔离式直流/直流模块
新产品 AC/DC & DC/DC converters (integrated FET) TPS62876-Q1 正在供货 汽车类 2.7V 至 6V 输入、25A 可堆叠同步降压转换器
Gallium nitride (GaN) power stages LMG2610 正在供货 具有集成驱动器、保护和电流检测功能且适用于 ACF 的 650V 170/248mΩ GaN 半桥
新产品 高侧开关 TPS274C65 正在供货 具有 SPI 接口和集成式 ADC 的 12V 至 36V 65mΩ 四通道高侧开关
Isolated power modules (integrated transformer) UCC12041-Q1 正在供货 具有集成变压器的汽车类 500mW 3kVrms 隔离式直流/直流模块

特色高功率密度参考设计

参考设计
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 (...)
参考设计
大功率、高性能汽车类 SiC 牵引逆变器参考设计

TIDM-02014 是一款由德州仪器 (TI) 和 Wolfspeed 开发的基于 SiC 的 800V、300kW 牵引逆变器系统参考设计,该参考设计为 OEM 和设计工程师创建高性能、高效率的牵引逆变器系统并更快地将其推向市场提供了基础。该解决方案展示了 TI 和 Wolfspeed 的牵引逆变器系统技术(包括用于驱动 Wolfspeed SiC 电源模块、具有实时可变栅极驱动强度的高性能隔离式栅极驱动器)如何通过降低电压过冲来提高系统效率。隔离式栅极驱动器与 TI 的隔离式辅助电源解决方案配合使用,可显著减小 PCB 的大小,具体来说,PCB 面积缩小 2 倍以上,高度低于 4mm (...)

参考设计
变频、ZVS、5kW、基于 GaN 的两相图腾柱 PFC 参考设计
该参考设计为高密度高效 5kW 图腾柱功率因数校正 (PFC) 设计。设计采用两相图腾柱 PFC,能在可变频率和零电压开关 (ZVS) 条件下运行。控制器采用新拓扑和改进型三角电流模式 (iTCM),能够减小尺寸并提高效率。设计方案为在 TMS320F280049C 微控制器内使用高性能处理内核,可在广泛的工作范围内保证效率。PFC 的运行频率范围为 100kHz 至 800kHz。峰值系统效率为 99%,该数值在 120W/in3 开放式框架功率密度下实现。

功率密度的基本原理详解

在更小的空间内实现更大功率,才能推动每项技术的新进展。这是功率密度的目标所在:更小的封装、更高的电流、更少的权衡。了解我们如何在未来几年推动实现更高的功率密度。

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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。