德州儀器(TI)日前推出了兩款集成功率路徑管理功能的降壓-升壓電池充電器IC BQ25790和BQ25792，在以30W功率進行快速充電時效率高達97%，并可將靜態待機電流降低10倍，主要用于支持小型個人電子產品、便攜式醫療設備和樓宇自動化應用中的USB Type-C和USB Power Delivery(PD)端口的大功率密度、通用及快速充電。

 

德州儀器降壓DC/DC開關穩壓器副總裁Mark Gary認為，功率密度、低EMI、低IQ、低噪聲高精度與隔離功能既是未來電源管理芯片發展的五大前沿趨勢，也是衡量一家企業的產品性能是否繼續享有領導地位的重要指標，5-10年內將不會出現任何改變。

 

具體而言，就是提高功率密度可以在降低系統成本的同時實現更多的系統功能；盡量減少對其他系統組件的干擾，簡化工程師的設計和鑒定流程；延長電池壽命與儲存時間、實現更多功能，延長系統使用壽命并降低系統成本；降低或轉移噪聲可簡化電源鏈并提高精密模擬應用的可靠性；在高壓和關鍵安全應用中實現更高工作電壓和更大可靠性。

 

“全球對于視頻、信息交換、數據互聯互通的需求一直在不斷地上升。根據這樣的需求，分布式電源管理和產品如何在不斷縮小的終端產品尺寸下，提供同樣甚至更高的功率密度，是非常迫切且重要的話題。”Mark Gary說。

 

 

眾所周知，在開關過程中會產生功率、功耗甚至熱的損失，由于氮化鎵能實現更快的開關速度，所以能夠減少相應損耗。最新的數據顯示，GaN目前的開關速率達到了150V/ns，開關頻率可以實現2MHz甚至10MHz以上，可以消除整流器在進行交直流轉換時90%的能量損失，還可以使筆記本電源適配器體積縮小80%，因此在開關電源、電動汽車、光伏發電、UPS、數據中心、無線充電，芯片處理器等應用中具有良好前景。

 

TI早在2010年就開啟了有關氮化鎵的研究，目前為止，能夠對150mΩ、70mΩ和50mΩGaN FETs產品進行組合式批量生產，并在2018年與西門子同步展示了業界首個10千瓦的云電網與GaN連接的產品。不久前通過自主研發的對流冷卻900V、5000W雙向AC/DC平臺產品，功率密度比傳統IGBT解決方案高300%，進一步擴展了GaN在汽車、并網存儲和太陽能等領域的新應用。

“在2020年結束以前，我們將會有超過3000萬小時的可靠性測試，以此來增加我們對于新產品、新物料的信心。”Mark Gary說，接下來，TI將不僅致力于氮化鎵在充電適配器中的應用，還會將氮化鎵拓展至汽車、電網存儲和太陽能領域。

 

在采訪中，他多次強調采用氮化鎵器件能夠為系統級解決方案帶來成本效益，而不是單純針對GaN和硅材料本身的成本進行比較。以汽車領域為例，車本身的生產以及應用面積尺寸本身是非常龐大并且繁瑣，汽車半導體廠商已經能夠認識到，在這樣大的系統上，氮化鎵能夠為其帶來整體成本上的優勢。所以，TI在氮化鎵上的優勢即是為整個系統，整體解決方案降低成本。

 

 

根據德州儀器電源管理解決方案產品線經理Samuel Wong的介紹，BQ25790和BQ25792提供了一節電池到四節電池充電的靈活性，在整個輸入電壓范圍(3.6 V至24 V)內充電電流可達5A，通過對充電IC的正向和反向的雙向操作可支持移動(OTG)充電。

 

值得一提的是，充電器集成的雙輸入選擇器支持包括無線、USB、筒狀插孔和太陽能充電在內的多類電源，這種通用充電設計使得便攜式醫療設備，諸如血壓計和低功率持續氣道正壓通氣(CPAP)機器等，能夠通過車載適配器或USB-PD適配器進行充電，為便攜式醫療設備帶來了更高的靈活性和便利性。

 

為了幫助設計者減小解決方案尺寸和物料清單(BOM)，兩款器件分別采用了2.9mm x 3.3mm、56引腳WCSP封裝和4mm x 4mm、29引腳QFN封裝，集成了開關金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、充電路徑管理FET、輸入電流和充電電流檢測電路和雙輸入選擇驅動器，并同時提供155mW/mm2(100W/in2)的功率密度，高于市場約兩倍。

 

BQ25790和BQ25792同時也是TI首款靜態電流低于1 ?A的多電芯降壓-升壓電池充電器。通過運輸模式和關機功能將靜態電流降低多達十倍，所提供的電池待機時間比市場高至少五倍。結合極低的8mΩ電池FET電阻，工程師可進一步延長電池運行時間。

 

 

TPS546D24A是一款面向數據中心與企業計算、無線基礎設施和有線網絡的40A SWIFT DC/DC降壓轉換器，也是業界第一款可4路并聯輸出的芯片。支持高達1.5 MHz的開關頻率，使每個IC的電流達到40A，與同類器件相比，電感和電容降低了三分之一。通常，高開關頻率會降低轉換效率，不過TI通過在器件內部集成一個0.9mΩ的低邊MOSFET實現高于同類產品3.5%的轉換效率。

 

由于其可擴展性，TPS546D24A降壓轉換器可以減少電源解決方案的尺寸，同時優化散熱性能。它帶有一個PMBus接口，該接口提供了一個可選擇的內部補償網絡，這樣可以減少六個外部補償器件，相比于其他方案，可以減少10%的尺寸。TPS546D24A還具備較低的熱阻值，僅8.1°C/W，同等條件下，可比同類器件降低13°C的溫升。但與此同時，TPS546D24A PMBus降壓轉換器可以在85°C的環境溫度下提供高達160A的電流，這比同類產品的電流大4倍。

 

 

TPSM53604滿足CISPR 11 B級標準，能夠在高達105度的嚴苛工業應用中，將電源設計的尺寸減少30%，并將功耗減少50%；UCC12050/40則是首款采用新型專有集成變壓器技術開發的器件，具有更低的初級至次級電容，優化了EMI性能，效率和功率密度是同類器件的兩倍，可以應用于運輸、電網基礎設施等應用中。利用UCC12050/40可將其電源解決方案縮小至80%，并在需要隔離的工業應用中實現更高效率。