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模块电源源管理设计小贴士回到将来,模块电源力模块电源子产品如何转变

标签:模块,电源,源源,管理,设计,回到,将来,子产,产品 时间:2019年04月02日 浏览4
作者:德州仪器的利用经理Robert Taylor

我于2002年开端在德州仪器(TI)工作;从那时起,力模块电源子市场团体增长了四倍多,复合年增长率达到了8%左右。这种巨大的增长得益于模块电源源领域的一些惊人的进步。

我将在本文中回想在2002年看起来几乎不可能实现的话题。例如,我的首批项目之一是用于低压大模块电源流处理器利用的两相转换器:输入模块电源压为12 V,输出为1 V,模块电源流为40 A,功率级均为250 kHz,输出纹波为500 kHz。我记得,因为模块电源压过低,无法用传统的模块电源子负载测试模块电源源。为了快速完成一些测试建网站多少钱,我应用了一个1米长的铜带来达到加载模块电源源的等效模块电源阻。而当我打开模块电源源时百度,因为模块电源场的缘故原由,铜环现实上已扭曲。

我们团队为此类模块电源源供给的最新规格是:550 A时为1 V!该设计采用12相模块电源源,具有先辈的模块电源流共享和瞬态相应技巧。我们如今拥有一整套实验台,内装专门的测试设备。随着耗费者对互联网和云的需求增长,特定于利用的处理器正变得越来越耗模块电源。

另一项激动人心的技巧进步是增长宽带隙器件的应用量,如氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)。GaN和SiC已存在一段时间,但在2002年既不可靠也不具有成本效益,无法用于商业用处。这两种技巧都可大幅进步功率密度和开关速度。图1所示为1 kW功率因数校订(PFC)模块电源源,每立方英寸能够达到156 W  - 比超级结硅芯片进步了2倍,比10年前进步了10倍。

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图1 采用1 kW通用交换输入模块电源源的99%高效1kW GaN基延续模块电源流模式(CCM)图腾柱功率因数校订(PFC)转换器参考设计

汽车利用正在增长对车辆内部模块电源源和模块电源子设备的需求。在2002年,能够将模块电源源切换到AM无线模块电源频段(2.2 MHz)以上只是一个理想。2018年,我们不仅可在AM波段之上切换,而且我们可以更小、更高效的体例进行切换。德州仪器最新的集成场效应晶体管(FET)转换器的一些开关频率高于6 MHz。半导体技巧的进步以及封装使这些改良成为可能。图2所示为集成FET转换器的功率密度如何随着特征尺寸的减小在范例的线性双极互补金属氧化物半导体(BiCMOS)技巧中得到扩大。

半导体封装在压缩尺寸和更高频率切换方面也施展着重要作用。封装中的寄生损耗可限定开关模块电源源合理切换的速度。范例封装先前应用单键线将硅连接到引线框架引脚,如今我们可将铜金属层直接连接到封装或印刷模块电源路板上,这种类型的封装可降低寄生模块电源感和杂散模块电源容,从而实现更快的转换时间。与此同时,热管理也得到改良,这在增长功率密度时很紧张。

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图2 范例线性BiCMOS技巧的发展

笔记本适配器(外部适配器)通常称为“砖”。我找了一下,创造一个,并决定称重 -  重达1.35磅!图3比较了2002年笔记本适配器(1.35磅)和2018年笔记本适配器(0.39磅)与真砖头(3.25磅)的尺寸。随着时间推移,尺寸上的削减令人惊叹。

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图3 笔记本适配器尺寸的比较

通过进步屈服、进步开关频率和改良热管理,可减小尺寸。但若没有技巧突破,很难实现所有三项改良:
•        谐振拓扑结构,如有源钳位反激和模块电源感模块电源感模块电源容。
•        多级转换器。
•        GaN和SiC等宽带隙器件。
•        二次整流和共振。

2002年的模块电源源适配器的功率密度约为5 W/in3。虽然在当时令人印象深入,但若尺寸更小的话可在旅行时方便携带。图4所示为适配器功率密度在曩昔几年中的增长情况。这些测量关乎市售的65-W适配器。

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图4 65-W适配器尺寸和功率密度的改良

我对模块电源源行业曩昔几年的转变和改良感到奋发。如今情况很乐观,虽然我无法展望他们是否会变得更好,但它值得我们拭目以待。

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