雖sui然ran這zhe些xie挑tiao戰zhan需xu要yao我wo們men使shi用yong多duo種zhong政zheng治zhi和he經jing濟ji手shou段duan來lai有you效xiao應ying對dui
，不bu過guo有you一yi種zhong技ji術shu手shou段duan正zheng日ri益yi顯xian示shi出chu其qi重zhong要yao性xing。高gao壓ya創chuang新xin手shou段duan能neng夠gou使shi電dian能neng的de傳chuan輸shu和he轉zhuan換huan更geng加jia高gao效xiao，從cong而er降jiang低di電dian源yuan和he終zhong端duan設she備bei間jian的de功gong率lv損sun耗hao。

 

這zhe些xie創chuang新xin手shou段duan為wei發fa電dian方fang式shi帶dai來lai改gai變bian，例li如ru引yin入ru可ke再zai生sheng能neng源yuan，並bing且qie提ti升sheng電dian機ji和he製zhi冷leng設she備bei等deng耗hao電dian量liang較jiao大da設she備bei的de節jie電dian性xing能neng。這zhe使shi得de能neng源yuan效xiao率lv穩wen步bu上shang升sheng
，降jiang低di成cheng本ben
，並bing減jian少shao溫wen室shi氣qi體ti排pai放fang。

 

即使是微小的效率提升也能帶來顯著的影響。美國能源信息署（EIA）在其2015年中期預測中估測：到2040年美國的發電量將增加24%——每年增加約1%。EIA還預測，美國的發電量中，有大約6%的電能浪費在供電和配置方麵——近幾年每年浪費的電量超過1400萬兆瓦時。通過提高效率，節省一部分浪費電量，便可降低所需的總發電量。

 

先進的半導體是使發電、輸(shu)電(dian)和(he)耗(hao)電(dian)更(geng)加(jia)高(gao)效(xiao)的(de)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)技(ji)術(shu)之(zhi)一(yi)
，這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)還(hai)在(zai)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)中(zhong)。使(shi)用(yong)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)實(shi)現(xian)的(de)智(zhi)能(neng)控(kong)製(zhi)和(he)新(xin)型(xing)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)可(ke)以(yi)在(zai)最(zui)小(xiao)損(sun)耗(hao)情(qing)況(kuang)下(xia)，實(shi)現(xian)電(dian)力(li)轉(zhuan)換(huan)。智(zhi)能(neng)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)硬(ying)件(jian)可(ke)以(yi)讓(rang)電(dian)網(wang)、工廠

、住宅、汽(qi)車(che)和(he)其(qi)他(ta)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)高(gao)效(xiao)通(tong)信(xin)
，以(yi)及(ji)高(gao)效(xiao)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)電(dian)力(li)使(shi)用(yong)。另(ling)外(wai)，作(zuo)為(wei)電(dian)源(yuan)和(he)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器(qi)的(de)骨(gu)幹(gan)，電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)電(dian)路(lu)是(shi)實(shi)現(xian)便(bian)攜(xie)式(shi)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)快(kuai)速(su)發(fa)展(zhan)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)

；在提升效率的同時
，讓生活更加便捷。德州儀器（TI）充分利用其設計
、製造和封裝的專業技術
，創造高壓模擬和混合信號解決方案。這些解決方案在未來幾年將把功效提升至全新水平。

 

 

電壓的變化範圍很大，發電廠的電壓可以高達幾萬伏


，區域輸電線路上則低至不足1伏，這些電壓由嵌入式處理器等高速數字組件在內部使用。在配電線路上分布著很多中間電壓電平
，對消費者來說，最熟悉的是110/120伏和220/240伏電壓。 對於住宅、商業
、工業和汽車應用而言
，高壓的範圍從幾十伏到幾百伏不等；包括從比電子電路高出一點的電平到運輸和工業設備中所使用的電平。

 

據市場調查公司IHS的研究數據，在所有電壓電平上運行的電源管理集成電路代表對集成電路供應商的巨大需求——這一領域每年金額高達300億美元。全新的集成電路產品市場不斷湧現，比如說AC/DC轉換器、逆變器
、雙向轉換器和DC/DC轉換器。能夠提供高集成度、高功率密度以及高智能化的集成電路解決方案可以進而提高係統的整體性能。

 

功gong率lv轉zhuan換huan是shi黃huang金jin發fa展zhan領ling域yu
，因yin為wei從cong電dian廠chang到dao終zhong端duan應ying用yong，每mei一yi次ci電dian壓ya轉zhuan換huan都dou涉she及ji功gong率lv損sun耗hao。另ling外wai
，在zai相xiang同tong條tiao件jian下xia，輸shu電dian過guo程cheng中zhong低di壓ya的de功gong率lv損sun耗hao高gao於yu高gao壓ya。出chu於yu這zhe些xie原yuan因yin
，最zui有you效xiao的de方fang法fa就jiu是shi，在zai使shi用yong最zui大da限xian度du降jiang低di功gong耗hao的de轉zhuan換huan方fang法fa對dui高gao壓ya進jin行xing降jiang壓ya操cao作zuo之zhi前qian
，盡jin可ke能neng地di使shi高gao壓ya接jie近jin甚shen至zhi直zhi接jie進jin入ru終zhong端duan設she備bei。設she備bei和he用yong戶hu附fu近jin存cun在zai高gao壓ya時shi，也ye需xu要yao對dui機ji器qi和he人ren體ti采cai取qu額e外wai的de保bao護hu措cuo施shi。

 

“設備”一詞往往讓人聯想到工廠車間
，實際上

，諸如電機、機(ji)器(qi)人(ren)和(he)中(zhong)央(yang)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)等(deng)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)也(ye)是(shi)電(dian)源(yuan)創(chuang)新(xin)的(de)重(zhong)要(yao)領(ling)域(yu)。目(mu)前(qian)，全(quan)球(qiu)的(de)各(ge)個(ge)行(xing)業(ye)都(dou)在(zai)經(jing)曆(li)智(zhi)能(neng)自(zi)動(dong)化(hua)轉(zhuan)型(xing)，這(zhe)次(ci)轉(zhuan)型(xing)的(de)到(dao)來(lai)如(ru)此(ci)之(zhi)快(kuai)
，以(yi)至(zhi)於(yu)一(yi)些(xie)人(ren)將(jiang)其(qi)稱(cheng)為(wei)“第四次工業革命”（前三次分別為蒸汽機、大規模生產和早期自動化）或工業4.0。在這次轉型中
，所謂的“智能工廠”qidaolejuedingxingzuoyong，tadaibiaolegenggaodejiqizhinengxinghegengqiangdexitongtongxinnengli。zhinenggongchangdeshouyaomubiaoshitongguoshiyonggengshaodenengliangshixiangengduodegongneng，tigaoshengchanli
，bingjiangdichengben。

 

“設備”一詞往往讓人聯想到工廠車間，實際上
，諸如電機
、機ji器qi人ren和he中zhong央yang控kong製zhi係xi統tong等deng工gong業ye應ying用yong是shi電dian源yuan創chuang新xin的de重zhong要yao領ling域yu。目mu前qian，全quan球qiu的de各ge個ge行xing業ye都dou在zai經jing曆li智zhi能neng自zi動dong化hua轉zhuan型xing，這zhe次ci轉zhuan型xing的de到dao來lai是shi如ru此ci之zhi快kuai，以yi至zhi於yu一yi些xie人ren將jiang其qi稱cheng為wei“第四次工業革命”（前三次分別為蒸汽機、大規模生產和早期自動化）或工業4.0。在這次轉型中，其中，所謂的“智能工廠”qidaolejuedingxingzuoyong，tadaibiaolegenggaojiqizhinenghegengqiangxitongtongxinnenglidekexingxing。zhinenggongchangdeshouyaomubiaoshitongguoshiyonggengshaodenengliangshixiangengduodegongneng
，tigaoshengchanli，bingjiangdichengben。

 

但是，工業並不是提高電源效率技術的唯一目標行業。能夠從中受益的其它領域還包括用於太陽能和風能發電的逆變器、數據中心與電信基礎設施。電池電壓約為400伏fu的de電dian動dong汽qi車che的de充chong電dian和he運yun行xing也ye依yi靠kao高gao壓ya電dian子zi器qi件jian。另ling外wai，各ge種zhong新xin興xing的de移yi動dong設she備bei市shi場chang的de迅xun猛meng增zeng長chang也ye是shi新xin電dian源yuan技ji術shu的de主zhu要yao推tui動dong力li。即ji使shi像xiang手shou機ji充chong電dian器qi這zhe樣yang不bu起qi眼yan的de部bu件jian也ye需xu要yao高gao效xiao運yun行xing，尤you其qi考kao慮lv到dao其qi使shi用yong量liang高gao達da數shu十shi億yi。簡jian而er言yan之zhi
，所suo有you電dian氣qi和he電dian子zi係xi統tong，無wu論lun大da小xiao，都dou將jiang從cong安an全quan、高效的電力轉換中獲益。

 

 

為了持續滿足未來更高的功效需求，技術開發人員必須在減小尺寸
、保持可靠性和控製成本的同時，提高集成電路的性能。為滿足這些要求，我們需要對製造工藝、片上組件、電(dian)路(lu)設(she)計(ji)和(he)封(feng)裝(zhuang)進(jin)行(xing)創(chuang)新(xin)。能(neng)夠(gou)吸(xi)引(yin)設(she)備(bei)開(kai)發(fa)者(zhe)以(yi)及(ji)能(neng)加(jia)快(kuai)增(zeng)強(qiang)型(xing)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)的(de)推(tui)廣(guang)應(ying)用(yong)的(de)是(shi)提(ti)供(gong)具(ju)有(you)深(shen)度(du)硬(ying)件(jian)和(he)軟(ruan)件(jian)設(she)計(ji)支(zhi)持(chi)的(de)集(ji)成(cheng)一(yi)體(ti)化(hua)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。TI在製造高集成低功耗解決方案方麵具有悠久的曆史，並且在這些領域不斷創新，推動技術進步，利用TI專業技術創造先進高功率解決方案，以滿足當前和未來市場需求。

 

近幾年，開關模式電源（SMPS）在電力轉換領域逐漸發展壯大，其原因在於其固有效率高於傳統電源設計。但是

，不斷完善SMPSshejishiyixiangyongbuzhixideyishu。zhexiedianyuanzaigaopinshichanshengdianliu，danbixufangzhizhexiegaopinliuruxitong，bingqiebimianqiliuhuidianyuan。lingwai
，dianyuanzhongdeminganyuanqijiandeyunxingrongyishoudaoneibuzukanghezhouweizujiandeyingxiang。youyushangshuyuanyin
，SMPS解jie決jue方fang案an盡jin可ke能neng地di將jiang係xi統tong集ji成cheng
，從cong而er幫bang助zhu降jiang低di電dian源yuan設she計ji的de複fu雜za性xing
，並bing且qie減jian少shao製zhi造zao成cheng本ben。如ru果guo這zhe個ge解jie決jue方fang案an能neng夠gou將jiang小xiao外wai形xing尺chi寸cun隔ge離li與yu功gong率lv電dian路lu包bao含han在zai內nei，那na麼me效xiao果guo會hui更geng好hao
，其qi原yuan因yin是shi它ta有you效xiao將jiang係xi統tong屏ping蔽bi於yu外wai界jie幹gan擾rao，並bing且qie防fang止zhi高gao頻pin從cong係xi統tong內nei部bu遷qian移yi到dao線xian路lu上shang。

 

製造工藝精進。製造工藝技術不斷地提高SMPS和其他電源設計中所使用的矽芯片的電壓和頻率處理能力。

 

開關模式電源的類函數

 

例如，TI的多用途高功率LBC7HV BiCMOS工藝目前用於額定電壓高達600伏的集成式柵極驅動器電源開關解決方案。另外
，製造廠商也正將注意力轉向氮化镓（GaN，構建在矽基板之上）和碳化矽(SiC) 等全新材料，以便在高壓下實現更快的開關速度和更高效率。除了眾多的基於矽的解決方案
，TI還開發了幾種GaN開關柵極驅動器，並開始引入含有柵極驅動和GaN電源開關的高級多芯片模塊（MCMs）。結合下麵討論的創新組合，製造工藝進步不僅使電源變得更加高效，而且提供更大的功率密度，有助於降低係統成本。

 

集成。新型高壓電源的一項重要要求是重新調節尺寸，使其能夠封裝在終端設備內的電路板上。

 

為了滿足這一要求，TI計(ji)劃(hua)設(she)計(ji)集(ji)成(cheng)眾(zhong)多(duo)電(dian)源(yuan)組(zu)件(jian)的(de)單(dan)芯(xin)片(pian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，在(zai)成(cheng)本(ben)和(he)性(xing)能(neng)方(fang)麵(mian)更(geng)加(jia)實(shi)用(yong)。不(bu)論(lun)何(he)時(shi)，如(ru)果(guo)由(you)於(yu)使(shi)用(yong)了(le)不(bu)同(tong)工(gong)藝(yi)進(jin)行(xing)功(gong)能(neng)構(gou)建(jian)，從(cong)而(er)使(shi)全(quan)係(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)過(guo)於(yu)昂(ang)貴(gui)，或(huo)者(zhe)無(wu)法(fa)實(shi)現(xian)的(de)話(hua)
，那(na)麼(me)將(jiang)兩(liang)個(ge)或(huo)更(geng)多(duo)器(qi)件(jian)集(ji)成(cheng)到(dao)MCM中就是一種可行的解決方案。除了節省空間之外，係統級的單芯片和MCMjiejuefanganketigaogonglvmidu
，bingqiejianshaoleduiraozuhesanrepiandengwuyuancailiaodexuyao。zhezhongjiejuefanganhaijianhualesheji，yinweiqikexiaochuhuozuidaxiandudijiangdirangdianyuanshebiandeshifenkunnandefuzaneibuzukang。

 

隔離。單芯片和MCM集ji成cheng麵mian臨lin的de一yi個ge巨ju大da挑tiao戰zhan就jiu是shi如ru何he進jin行xing隔ge離li。傳chuan統tong電dian源yuan使shi用yong變bian壓ya器qi進jin行xing隔ge離li，變bian壓ya器qi是shi位wei於yu集ji成cheng電dian路lu外wai部bu的de龐pang大da組zu件jian。然ran而er
，處chu於yu開kai發fa當dang中zhong的de全quan新xin的de隔ge離li方fang法fa將jiang免mian除chu外wai部bu變bian壓ya器qi
，直zhi接jie從cong芯xin片pian或huoMCM內部對係統進行隔離。為了用戶安全和設備保護，這一點很重要，增強型隔離是係統正常運行所需基本隔離的2倍或者更多。隨著這些提供隔離的集成方法在市麵上不斷出現
，它們將對於節省空間的電源解決方案變得必不可少。

 

高頻可編程控製器。如果沒有精確控製
，即使最好的柵極驅動器和電源開關對於SMPS來說
，也毫無價值

；否則
，計時中的細微方差將會很快放大為巨大方差，從而降低係統效率。至少，新型SMPS設計的高頻需要高性能狀態機提供的數字控製。創新型軟件工具幫助電源設計人員理解如何使用C2000 MCU或UCD3138數字控製器，開發數控SMPS係統的閉環控製功能，從而簡化從傳統模擬控製方法到數字控製的轉換工作。

 

高級封裝。集成電源解決方案要求創新型單芯片和MCM封裝

，以應對高壓運行產生的電氣性能完整性和熱應力要求。封裝專家們必須了解的問題有：材料的類型
、接合技術以及防止器件性能退化的保護方法。封裝性能會由於高壓至低壓區域的電荷擴散

、高(gao)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)造(zao)成(cheng)的(de)電(dian)遷(qian)移(yi)或(huo)者(zhe)因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)從(cong)封(feng)裝(zhuang)中(zhong)去(qu)除(chu)的(de)熱(re)量(liang)而(er)下(xia)降(jiang)。由(you)器(qi)件(jian)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)內(nei)的(de)熱(re)機(ji)械(xie)應(ying)力(li)以(yi)及(ji)其(qi)他(ta)原(yuan)因(yin)造(zao)成(cheng)的(de)破(po)裂(lie)也(ye)會(hui)導(dao)致(zhi)性(xing)能(neng)退(tui)化(hua)。高(gao)功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)時(shi)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)會(hui)被(bei)放(fang)大(da)，尤(you)其(qi)是(shi)當(dang)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)被(bei)應(ying)用(yong)於(yu)工(gong)廠(chang)車(che)間(jian)、汽車或其他惡劣環境時。TI正在通過廣泛的材料評估、綜合性測試以及與材料供應商主動接觸和交流來應對上述挑戰。

 

 

隨著對更高效電源管理需求的不斷增加
，對創新技術解決方案的需求也在增加。提升效率有以下幾種方式：開發利用替代能源、設計與製造功耗更低的設備以及優化和提升電力傳輸和轉換技術。

 

TI如何重新定義高壓的未來

 

創新的集成電路技術在上述所有領域內發揮著決定性作用，在提供巨大節能潛力的應用中實現高壓電力轉換。

 

隨著製造工藝，電路
，隔離器、單芯片和MCM集成等組件以及封裝的持續發展，電源管理半導體技術也將不斷取得進步。設計還將從一體化解決方案中獲益，最大程度減少設計SMPS和其他電源係統的工作量。作為行業內領先的模擬集成電路製造商，TI在集成低壓電源產品方麵擁有悠久曆史。充分利用豐富精湛的專業知識和持續專注的技術創新

，TI正在快速地向前發展，旨在開發出高壓解決方案，以滿足客戶需求、節約能耗、實現更加美好的未來。