TI推出三款全新一代电源产品:36 Vin电源模块,5.5 Vin 降压转换器,高压GaN功率级

发布时间:2018年11月07日 15:11    作者:eechina
关键词: 电源模块 , 降压转换 , GaN
作为一家电源产品大型供应商,美国德州仪器公司(Texas Instruments, TI)一直致力于先进电源技术的研发。最近,该公司推出了三款全新一代电源产品,分别是36 Vin电源模块、5.5 Vin 降压转换器和高压GaN功率级。德州仪器副总裁兼降压开关电源产品业务部总经理Mark Gary和德州仪器高压电源应用产品业务部氮化镓(GaN)功率器件产品线经理Steve Tom向我们讲解了这些产品的特性和应用。

36 Vin电源模块LMZM33606

Gary先生说,提升功率密度和转换效率是工程师们数十年来不懈的追求。如下图所示,以宽输入电压转换器为例,30年来电源尺寸得以大幅减小,而效率从77%提升到了93%。其中最关键的一点是开关频率的提升,这使得电感尺寸减小,电磁损耗降低。

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图1:宽输入电压转换器功率密度演化(36Vin、3A Iout)

然而,开关频率的提升往往伴随着EMI水平的升高,会对电子系统造成干扰。TI此次发布的LMZM33606电源模块在满足更高功率密度要求的同时,以紧凑的电流回路有效降低了电磁干扰,并通过了EN55011(CISPR11)B类辐射发射标准测试。LMZM33606在具有超低热阻的QFN封装集成了高频率输入滤波电容器与屏蔽电感器,尺寸小于250mm²。

与TI的很多电源产品一样,用户可以利用新的WEBENCH在线电源设计工具来缩减开发时间,仅需4个外部部件就能完成电源系统设计。此外,TI为之提供了评估板,可以实现从3.5V到36V的宽电压输入;支持6A输出,输出电压1-20V,售价49美元。点击http://www.ti.com.cn/tool/cn/LMZM33606EVM可以购买。

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图2:LMZM33606电源模块评估板

由于具有尺寸小、EMI低、可靠性高的特点,LMZM33606最适用于空间紧凑尤其对电磁辐射要求苛刻的场合。典型应用是测量测试的仪器,低水平EMI电源可保证测量测试的精度和准确度。此外,医疗仪器和工厂自动化也是LMZM33606能够发挥优势的应用领域。

5.5 Vin 降压转换器TPS62827

TPS62827是一个5.5V输入的低压产品。5.5V产品主要包括两个应用:一是电池供电应用,比如单节锂电池;二是作为二级电源,将5V输入转变为3.3V或1.8V输出。

TPS62827的优点包括以下几个方面。首先是输出精度高。它采用DCS控制,可以使得精度控制在1%偏差范围内,符合处理器和FPGA的供电要求。其次,整个PCB板尺寸小。芯片尺寸只有1.5mm×1.5mm,外围的部件也较小,板子的功率密度很高。最后,除了4A的产品,TPS62827还有2A-3A 管脚兼容型号,如果客户不需要大电流,可以用pin to pin与其置换。

TI所有的产品都支持WEBENCH在线仿真和设计,简化设计应用,只要把参数输入进去,所有的结果在网站上可以得到非常好的显示。

由于TPS62827具有EMI性能好、散热好和体积小的特点,它比较适合电池输入或二级电源应用场景,如SSD固态硬盘、楼宇自动化、消费电子产品和通信设备等领域。

TI官网现在提供TPS62827评估板,输入电压2.4-5.5V,4A输出, 最少只要3个元器件,总BOM尺寸34 mm2,售价49美元。

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图3:降压转换器TPS62827评估板

高电压GaN功率级LMG341x

与前面两款基于硅半导体器件的产品相比,LMG341x完全不同。这是一款氮化镓(GaN)功率器件。

Steve Tom先生说,GaN技术很受大家的关注,主要原因是它有一些显著的优点。首先,GaN产品可以在很高频率的开关电源里工作,进而可以显著地减小变压器、电感和电容的体积。以变压器为例,传统600V输入变压器工作频率一般只有100kHz,整体重量大于650g。TI的GaN产品工作频率高达1MHz,理论上可以把电感和电容的尺寸缩减10倍,变压器整体缩小6倍。第二是高效率。GaN功率级功率密度是硅 MOSFET的两倍,而功率损耗降低了80%。

此次TI推出的LMG341x功率级集成驱动器、FET及保护于一体,单芯片支持小于100W至10kW的方案。也就是说,它可以用于几十瓦的笔记本电脑适配器,也可以用于几千瓦或几十千瓦的太阳能和工业自动化领域。

对于新技术或新产品,用户常常担忧可靠性问题。为此,TI对LMG341x功率级实施了2000万小时的测试,包括高低温测试、过流测试和欠压保护测试,在实验室经过充分的可靠性测试之后才发布到市场上供客户使用。Tom先生说,作为TI这样大的公司,除了新技术的发展,可靠性也是强有力的保障。

对于这种新型GaN半导体器件,很多用户还不知道如何使用。TI把用户的需求收集起来,做出一些参考设计,包括软件和硬件的应用,如AC-DC、隔离DC-DC以及逆变器拓扑设计,加快用户产品上市速度。

下图所示为交错的CCM图腾柱无桥功率系数校正(PFC)参考设计。该设计实施了自适应的死区时间与相位脱落(切向控制)方法,提高效率(峰值 效率为98.75%),并且总谐波失真率小于2%。设计采用内置的 频率响应分析(SFRA),用于控制回路的验证和设计。
   
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图4:交错的CCM图腾柱无桥功率系数校正(PFC)参考设计。

下图所示为基于高效、1.6kW高密度GaN的1MHz CrM图腾柱PFC转换器参考设计。这是一种高功率密度(165 x 84 x 40 mm)设计,在满载下达到98.7%的效率,适合230V AC输入、空间受限的一些应用中,如服务器、电信和工业电源等。

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图5:基于高效、1.6kW高密度GaN的1MHz CrM图腾柱PFC转换器参考设计。

Steve Tom先生最后提到了两点。一是TI全新WEBENCH设计工具上线,方便用户使用TI的产品;二是来自德州仪器和全集成PWM 控制器之父 Robert Mammano的简体中文版 《电源设计基础》出版发行,可以让客户或工程师除了用TI产品之外也可以更多地学习到电源知识,更方便地使用电源产品的选型和设计。该书可在京东购买。
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