將更多電源管理放入更小的空間

作者：德州儀器Kilby實驗室電源管理總監(jiān)Jeff Morroni

毫無疑問，電源在調(diào)節(jié)、傳輸和功耗等各個方面都成為日益重要的話題。人們期望產(chǎn)品功能日趨多樣、性能更強大、更智能、外觀更加酷炫，業(yè)界看到了關(guān)注電源相關(guān)問題的重要意義。展望2019年，三大廣泛的問題最受關(guān)注，即：密度、EMI和隔離（信號和電源）。

實現(xiàn)更高的密度：將更多電源管理放入更小的空間

由于IC光刻工藝和每個功能運行功率的大幅縮減，使得芯片上可集成更多功能和柵極，對成品的總體功率需求迅速增長，如圖1所示。一些處理器現(xiàn)在可以消耗幾百安培電流，并且可以在不到一微秒的時間內(nèi)從低電流狀態(tài)上升到完全激活狀態(tài)。通過降低損耗和提高熱性能實現(xiàn)“在硬幣大小的面積上達(dá)到千瓦級功率”的密度目標(biāo)并非一句玩笑話。

問題不僅在于管理功率和因此產(chǎn)生的功耗。由于存在基本的I2R損耗，即使在電源負(fù)載路徑中明顯“可忽略”的電阻也成為了有效功率輸送的主要障礙：在200 A時，僅1mΩ的引線/走線電阻可導(dǎo)致出現(xiàn)0.2 V IR壓降和40 W損耗。此外，因為可以靠近負(fù)載放置，使用較小的轉(zhuǎn)換器也存在兩難問題，，這一方面有利于減少走線損耗和噪聲拾取，但也成為負(fù)載附近的一個發(fā)熱源，導(dǎo)致溫度升高。

與功率密度相關(guān)的趨勢：單顆“魔彈”可能無法解決密度難題。解決方案將包括跨學(xué)科改進(jìn)，將導(dǎo)致：

更高頻率的開關(guān)；

將電源管理功能（或其電感）移到處理器散熱器下方；

更高的軌電壓，如48 V，以最小化IC壓降；

新封裝類型；

將無源元件集成到芯片上或封裝中。

減小EMI：發(fā)射導(dǎo)致出現(xiàn)性能不確定和拒絕調(diào)節(jié)

審核編輯：何安