【導讀】當今各行各業都需要速度更快、xiaolvgenggaodedianzichanpin
，yibiannengzaijimiaozhongneichulidaliangshuju。danzheyixuqiushiyizengjiagonghaoweidaijiade
，zhejiudadazengjialeyunxingzhexiedianzixitongsuochanshengdefeiyong。dianfeiyuezhanyunxingquanchicunshujuzhongxinfeiyongde45%。

如今
，電源管理已成為一個重要領域，研究人員專注於在提高功率密度和工作頻率的同時將損耗降至最低。

當今各行各業都需要速度更快、xiaolvgenggaodedianzichanpin，yibiannengzaijimiaozhongneichulidaliangshuju。danzheyixuqiushiyizengjiagonghaoweidaijiade，zhejiudadazengjialeyunxingzhexiedianzixitongsuochanshengdefeiyong。dianfeiyuezhanyunxingquanchicunshujuzhongxinfeiyongde45%。一個中等規模的數據中心可能需要大約50MW的電力容量，這足以為4000戶hu家jia庭ting供gong電dian。由you於yu產chan生sheng這zhe些xie能neng量liang使shi用yong了le大da量liang不bu可ke再zai生sheng資zi源yuan，消xiao耗hao這zhe些xie能neng量liang給gei環huan境jing帶dai來lai了le很hen大da的de壓ya力li。因yin此ci，我wo們men需xu要yao高gao效xiao的de電dian源yuan管guan理li解jie決jue方fang案an來lai應ying對dui這zhe些xie挑tiao戰zhan。

電動汽車(EV)和智能手機等行業一直在研究延長其產品電池壽命的技術。如今的消費者需要提供不間斷的服務，同時又要做到更便宜、更(geng)安(an)全(quan)和(he)更(geng)高(gao)效(xiao)。因(yin)此(ci)，電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)已(yi)成(cheng)為(wei)當(dang)今(jin)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)領(ling)域(yu)
，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)致(zhi)力(li)於(yu)通(tong)過(guo)提(ti)高(gao)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)並(bing)同(tong)時(shi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)損(sun)耗(hao)來(lai)提(ti)高(gao)半(ban)導(dao)體(ti)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)(IC)的功率密度。他們正在開發更新的氮化镓(GaN)基和碳化矽(SiC)基IC來促進高頻操作。除了更新的化合物，德州儀器(TI)等領先的電子元器件製造商正在使用改進的工藝
、封裝和電路設計技術來滿足電源管理的工業需求。電源管理包括提高功率密度
、減少電磁幹擾以及在存在高壓線的情況下保持電源和信號的完整性。

高gao效xiao的de電dian源yuan管guan理li包bao括kuo增zeng加jia電dian子zi設she備bei的de功gong率lv傳chuan輸shu能neng力li，同tong時shi最zui大da限xian度du地di減jian少shao損sun耗hao並bing保bao持chi信xin號hao完wan整zheng性xing。製zhi造zao商shang們men正zheng在zai尋xun求qiu利li用yong五wu個ge主zhu要yao趨qu勢shi，以yi便bian為wei消xiao費fei者zhe提ti供gong最zui先xian進jin的de電dian子zi產chan品pin來lai滿man足zu他ta們men的de需xu求qiu。這zhe五wu個ge趨qu勢shi是shi：

增加功率密度；

降低靜態電流(IQ)

；

降低電磁幹擾(EMI)；

降低噪聲以提高精度；

通過隔離提高在高壓(HV)下工作時的安全性。

增加功率密度

增加傳輸功率通常需要增加所用電子設備的尺寸，以便防止過熱並解決損耗問題。然而，由於在電動汽車、zhinengshoujiyijiqitaxiaofeiheshangyongdianzichanpindenggezhongyingyongzhong，keyongyurongnadianziyuanqijiandekongjianyouxian，yincizengjiachicunbingbukexing。yinci，shejirenyuanxuyaozaitigaoxiaolvhesanrexingnengdetongshijiarugengduodianziyuanqijian。tigaogongzuopinlvyouzhuyutigaogonglvmidubingjianxiaodianganqi、電容器和變壓器等無源元件的尺寸，但提高工作頻率會受到較高的開關損耗
、反向恢複損耗、高導通損耗和關斷損耗以及散熱性能等因素的限製。

圖1：HotRod封裝消除了邦定，同時保持了出色的散熱性能。

因此，要達到以前無法達到的功率密度限製，必須單獨解決上述每個限製因素——減少開關損耗
，提高封裝散熱性能，采用創新拓撲和電路
，並最終將它們集成起來以形成封裝。

為了減少開關損耗
，業界將GaN和SiC等新型化合物用於高壓和高頻應用。GaN表現出零反向恢複
、低輸出電荷和更高的電壓轉換速率等特性，因此能實現一些矽基MOSFET所無法實現的新拓撲
，從而提供更高效率。

TI已利用GaN的這一特性來提供更低的損耗並實現更高的開關頻率。除了較新的化合物，從IC封裝中散熱的能力也直接影響著功率密度。因此，TI開發了HotRod封裝技術
，也即用倒裝芯片式封裝取代了所典型使用的邦定式的方形扁平無引腳封裝(QFN)，從而顯著降低了寄生回路電感，進而有助於減少發熱。

降低靜態電流

IQ是電路受到啟用但不支持或未運行負載時所使用的電流量。最小化IQ對於降低功耗和延長電池壽命很重要。不連續運行的物聯網係統會使用大量IQ為不同的板載模塊供電，因此要延長電池壽命，就需要仔細優化IQ。但降低IQ也有其缺點——低IQ電流意味著設備的瞬態響應時間會增加。這是因為IQ的幅度較低會造成內部寄生電容花費相對較長的時間來充電。

圖2：快速喚醒和低待機功耗。

一種降低IQ可行的方法是根據負載電流設置不同的省電模式。雖然這些模式之間的切換是自動的，但當以較低的IQ運行時
，在這些模式之間切換所需的轉換時間會顯著增加，從而導致輸出電壓出現誤差。通過使用超低漏電元件和新型拓撲結構，TI可以實現低待機功耗。為了實現更快的響應時間
，TI使用了快速喚醒電路和自適應偏置，同時保持了較低的靜態電流。

降低電磁幹擾

EMI是shi由you於yu附fu近jin有you其qi他ta電dian磁ci設she備bei運yun行xing而er導dao致zhi的de電dian氣qi通tong路lu中zhong不bu期qi望wang的de噪zao聲sheng和he幹gan擾rao。當dang不bu同tong的de製zhi造zao商shang製zhi造zao不bu同tong的de元yuan器qi件jian而er用yong於yu一yi個ge封feng裝zhuang時shi
，他ta們men會hui嚐chang試shi將jiang其qi保bao持chi在zai一yi定ding的de限xian度du內nei。TI使用先進的擴頻技術來減輕EMI所產生的影響。為了進一步提高較低頻譜中的抗EMI能力，TI在其許多器件中都使用了有源EMI濾波方法。擴頻方法使用能量守恒原理來分散EMI峰值而將其分散在多個頻率上。

圖3：通過將高頻電容器集成到封裝內部降低輻射噪聲。

降低噪聲以提高精度

高(gao)精(jing)度(du)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)對(dui)係(xi)統(tong)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)精(jing)確(que)監(jian)控(kong)，這(zhe)反(fan)過(guo)來(lai)又(you)需(xu)要(yao)參(can)考(kao)信(xin)號(hao)具(ju)有(you)低(di)噪(zao)聲(sheng)失(shi)真(zhen)。為(wei)了(le)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)性(xing)能(neng)
，電(dian)源(yuan)鏈(lian)路(lu)中(zhong)信(xin)號(hao)的(de)監(jian)控(kong)、調節和處理至關重要。為提高精度並減少失真，TI使用了專門的工藝元件以及先進的電路和測試技術。對於電動汽車的電池監控
、測試和測量以及醫療等應用，TI使用最先進的電源處理技術來提高精度
，最大限度地減少失真並降低線性和開關電源轉換器的噪聲。

通過隔離提高高壓工作時的安全性

電氣隔離是AC和DC或高壓AC/DC和低壓AC/DC兩個電路之間的隔離。這樣做是為了保護低壓側或DC側ce免mian受shou高gao壓ya側ce所suo可ke能neng發fa生sheng的de浪lang湧yong和he故gu障zhang的de影ying響xiang。電dian流liu隔ge離li是shi電dian子zi產chan品pin中zhong最zui常chang用yong的de隔ge離li，它ta可ke以yi將jiang兩liang個ge域yu隔ge離li
，而er同tong時shi又you能neng支zhi持chi電dian力li和he信xin號hao跨kua隔ge離li柵zha傳chuan輸shu並bing提ti供gong抗kang噪zao聲sheng能neng力li。SiO2隔離電容和集成變壓器等TI先進的隔離技術超越了所有全球標準
，同時提供了卓越的性能。

總結

世界各地的製造商都在通過優先考慮電源管理來提供可持續的解決方案，同時滿足對更快
、更高效的電子設備日益增長的需求。這篇文章介紹了TI等頂級公司在製造低功耗、高性能電子元器件時所遵循的五大趨勢。

(原文刊登於EDN姊妹網站Power Electronics News，參考鏈接：Top 5 Trends in Solving power Management Challenges，由Ricardo Xie編譯。)

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