如何在更小空間內(nèi)封裝更多電源，同時降低系統(tǒng)成本

當(dāng)我們推進(jìn)功率密度創(chuàng)新以幫助工程師將更多電源封裝到更小空間時，企業(yè)和消費(fèi)者將從更高效、更持久的電子器件和更可靠的數(shù)字聯(lián)接中受益。

人們期望電子器件能夠在任何時間、任何有需要的地方工作。這些器件不分晝夜地通電運(yùn)作——開啟線上會議、播放人們喜歡的電視節(jié)目并使人們相互連接。

TI升壓和多通道/多相DC/DC團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人Cecelia Smith稱：“我們當(dāng)前的環(huán)境與通過技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的彼此之間的可訪問性息息相關(guān)。想象一下你每天多么依賴筆記本電腦和智能手機(jī)，以及通過云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的視頻會議應(yīng)用。這些都需要更高效的電力輸送?！?/p>

即使在新冠疫情期間企業(yè)普遍轉(zhuǎn)為在家辦公之前，美國近一半的勞動力正在遠(yuǎn)程辦公1——對數(shù)字服務(wù)和高效數(shù)據(jù)檢索以及存儲的需求大幅飆升。包括汽車電動化、5G的上線應(yīng)用、能源電網(wǎng)不斷增長的需求等市場趨勢增加推動了對數(shù)據(jù)和電源的需求的增長。

更高的功率密度——將更多電源封裝到更小空間并提高效率——是改善電子器件、加強(qiáng)數(shù)字連接、改善駕駛體驗(yàn)等的關(guān)鍵。

我們?nèi)绾瓮ㄟ^開發(fā)新工藝、封裝和電路設(shè)計技術(shù)突破功率極限。

TI高壓電源團(tuán)隊負(fù)責(zé)人Steve Lambouses稱：“用更少的電源完成更多的任務(wù)至關(guān)重要，因?yàn)槲覀儗?shù)據(jù)和更連接器件的需求不會減緩。改善功率密度是每個市場的關(guān)鍵問題，例如5G系統(tǒng)的上線或電動汽車和混動汽車的日益普及。人們期望看到例如數(shù)據(jù)下載速度或每次充電的車輛續(xù)行里程等性能的顯著提高，但不希望看到電池尺寸或功耗的增加。同時也期望新技術(shù)更可靠、成本更低?！?/p>

半導(dǎo)體技術(shù)可通過以下三種方式讓電源工作更智能、適應(yīng)更小空間，從而改善我們的生活：

同等空間下更高效的系統(tǒng)

為互聯(lián)網(wǎng)搜索提供動力、保護(hù)電子郵件免受病毒攻擊并支持視頻通話的數(shù)據(jù)中心正在向50000平方英尺及更大的尺寸發(fā)展。有限的可擴(kuò)展空間讓工程師面臨著更大的挑戰(zhàn)。

TI模擬電源產(chǎn)品團(tuán)隊負(fù)責(zé)人Mark Gary稱：“隨著在家辦公模式的普及，企業(yè)的計算需求正在激增，這也加大了對額外云空間的需求。數(shù)據(jù)中心需要越來越多的電源，但服務(wù)器機(jī)房內(nèi)的機(jī)架尺寸并沒有改變，我們必須在更小空間中獲得更多電源?！?/p>

同時，由于較高的溫度會增加運(yùn)行成本、干擾網(wǎng)絡(luò)信號、導(dǎo)致器件過早失效，散熱也變的至關(guān)重要。在經(jīng)過對于同一器件上近十年的不斷創(chuàng)新——每次改進(jìn)都基于上次改進(jìn)——降壓開關(guān)穩(wěn)壓器團(tuán)隊推出了電源芯片。工程師可將其堆疊在一起以獲取更多電源，同時散布熱量。

Mark稱：“自2011年推出首款系列產(chǎn)品以來，相同的占地面積內(nèi)的功率密度已發(fā)展至翻番。這對于數(shù)據(jù)中心市場以及5G的基站市場意義非凡。我們需要能夠?yàn)槁窡艉碗娋€桿——5G網(wǎng)絡(luò)的骨干——上的小型無線電接入點(diǎn)提供更多電源，在不增加其尺寸的前提下實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸?！?/p>

更高效的氮化鎵，更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電子產(chǎn)品

想象一下在美國各地電線桿上成千上萬個5G無線電接入點(diǎn)，每個接入點(diǎn)都有一個風(fēng)扇來冷卻控制鄰域互聯(lián)網(wǎng)連接的電源。每次風(fēng)扇停止工作時，都必須調(diào)動維護(hù)人員，以恢復(fù)連接并正常運(yùn)行。

任何電源管理系統(tǒng)的主力都是一個可快速開關(guān)電源的電氣開關(guān)。氮化鎵（GaN）的開關(guān)頻率比硅高得多，提高效率的同時減少了電源所需總空間，還能消除用風(fēng)扇冷卻的需求。

Steve稱：“氮化鎵可實(shí)現(xiàn)更小型、更高效、更可靠的電動汽車、工業(yè)系統(tǒng)、醫(yī)療器械、消費(fèi)電子產(chǎn)品以及航空航天和國防系統(tǒng)，生產(chǎn)成本更低?？蛻裟茉诓辉黾映杀净虺叽绲那闆r下將其電源輸出提升兩到三倍?！?/p>

空間的減少會產(chǎn)生連鎖反應(yīng)：更少的物理材料、器件以及更多的解決方案集成將會降低成本。這將進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為更經(jīng)濟(jì)實(shí)用、更高效的電子產(chǎn)品，同時也有機(jī)會增加更多功能，改善用戶體驗(yàn)。

Mark稱：“許多市場正在推動對諸如氮化鎵技術(shù)之類的功率密度創(chuàng)新的需求。在汽車領(lǐng)域，氮化鎵有潛力實(shí)現(xiàn)越來越小的電子產(chǎn)品，以減輕汽車重量和成本，從而幫助汽車制造商滿足對提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少二氧化碳排放的需求?！?/p>

小芯片，大方案

對于將更多電源裝進(jìn)更小空間——例如醫(yī)療器械、遠(yuǎn)程傳感器或測試與測量儀器——的需求使得集成組件至關(guān)重要。

例如，醫(yī)療患者監(jiān)護(hù)儀需要使用能能人員免受危險電壓影響并降低電磁干擾（EMI）——一種所有電子器件發(fā)出的信號都會相互干擾的現(xiàn)象——的組件。

指甲大小的芯片可實(shí)現(xiàn)雙重任務(wù)：將患者與電源隔離開以及減少EMI而無需額外組件，能顯著減小周圍的電路尺寸。

Steve稱：“我們的集成變壓器解決方案降低了EMI，這是一個客戶需要花費(fèi)大量成本來解決的重大問題?，F(xiàn)在，他們不必花費(fèi)額外的成本或占用更多的空間，進(jìn)而不必設(shè)法在更小器件中布置更密集的解決方案?！?/p>

這意味著便攜式和可穿戴式健康監(jiān)護(hù)儀將成為現(xiàn)實(shí)，為患者提供了更大的移動自由。

Cecelia稱：“能夠幫助全世界以更小的功率實(shí)現(xiàn)更多的任務(wù)令人興奮，這種挑戰(zhàn)在許多應(yīng)用和市場中都是真實(shí)存在的。作為工程師，同時也作為消費(fèi)者，我們都清楚對于更多數(shù)據(jù)、更多連接器件、更小占位面積和更低成本的需求。我們將提供電源管理解決方案來滿足這些需求和挑戰(zhàn)?！?/p>

降低功率器件的成本是一個事例。我們熱衷于通過半導(dǎo)體技術(shù)降低電子產(chǎn)品成本，讓世界變得更美好這種激情永不磨滅，我們會一直在集成電路領(lǐng)域開拓創(chuàng)新。每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，使技術(shù)變得更小巧、更高效、更可靠、更實(shí)惠，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來乃至現(xiàn)在一直在做的事。

審核編輯：郭婷