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低EMI、高功率密度、低IQ、低噪聲和高精度、以及隔離正在成為電源設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)，其中以工業(yè)和車載為主的市場(chǎng)，對(duì)電源產(chǎn)品功率密度的要求更是越來越高。
以數(shù)據(jù)中心為例，AI對(duì)智算中心的電源提出了更高的要求，不管是GPU還是CPU電源，功率等級(jí)都在不斷提升，同時(shí)整個(gè)數(shù)據(jù)中心的體積并沒有發(fā)生變化，因此只有提升功率密度這一條路了。換言之，這些設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)功率器件的尺寸、功率和散熱提出很高的要求因此，整個(gè)電源的功率器件，包括輔源都需要針對(duì)高功率密度做新的設(shè)計(jì)。
除了數(shù)據(jù)中心外，我們?cè)賮砜刺柲芄I(yè)電源，尤其是光伏微型逆變器。為了優(yōu)化整個(gè)太陽能板的輸出效率，通常會(huì)在它的背面裝一些 MPPT 優(yōu)化器（最大功率點(diǎn)追蹤），MPPT 是電源轉(zhuǎn)換的一個(gè)裝置，幫助用戶最大化利用太陽能板的能量。考慮到安裝體積和有限的邊緣尺寸，MPPT 對(duì)功率密度的要求也非常高。此外，這種優(yōu)化器運(yùn)行在環(huán)境溫度變化較大的場(chǎng)合，所以系統(tǒng)對(duì)效率的要求也非常高。
圖 | TI推出的100V 集成GaN功率級(jí)可將 PCB尺寸減小 40% 以上
面相這些典型應(yīng)用場(chǎng)景，TI推出了全新的100V 集成氮化鎵 (GaN) 功率級(jí)LMG2100R044 和 LMG3100R017，均采用QFN封裝。其中LMG2100R044采用半橋設(shè)計(jì)，而LMG3100R017則是采用單管 GaN 加上驅(qū)動(dòng)的集成。這兩款產(chǎn)品針對(duì)常用拓?fù)?/strong>進(jìn)行了優(yōu)化，包括降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器、降壓/升壓轉(zhuǎn)換器、LLC轉(zhuǎn)換器、PSFB、BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和D類音頻，TI希望通過這兩種模式去滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合。
德州儀器氮化鎵產(chǎn)品業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人楊斐博士表示：“以微型逆變器為例，得益于 GaN 技術(shù)的較高開關(guān)頻率，設(shè)計(jì)人員可以將中壓應(yīng)用的電源解決方案尺寸縮小 40% 以上，并實(shí)現(xiàn)卓越的功率密度（高于 1.5kW/in3）。與硅基解決方案相比，該全新產(chǎn)品系列還將開關(guān)功耗降低了 50%，并且在給定較低輸出電容和較低柵極驅(qū)動(dòng)損耗的情況下實(shí)現(xiàn) 98% 或更高的系統(tǒng)效率。例如，在光伏逆變器系統(tǒng)中，較高的密度和效率使得同一塊太陽能電池板能夠存儲(chǔ)和生成更多電能，同時(shí)可縮小整個(gè)微型逆變器系統(tǒng)的尺寸?！?/p>
圖 | 微型逆變器系統(tǒng)圖，來源：德州儀器
此外，他強(qiáng)調(diào)：“提升功率密度的同時(shí)還是要考慮系統(tǒng)散熱，芯片體積越來越小，但是流過它們的功率越來越大，芯片散熱也成為了一個(gè)挑戰(zhàn)。保障 100V GaN 產(chǎn)品系列熱性能的關(guān)鍵要素是德州儀器的熱增強(qiáng)雙面冷卻封裝。借助該技術(shù)，這款器件可以比同類集成式 GaN 器件更高效地從兩面散熱，并提供優(yōu)化的熱阻?！?/p>
據(jù)悉， LMG2100R044和LMG3100R017這兩款100V GaN 功率級(jí)已量產(chǎn)，同時(shí)TI為其提供了豐富的參考設(shè)計(jì)，覆蓋微逆系統(tǒng)、數(shù)字中心設(shè)計(jì)和車載 48V 轉(zhuǎn) 12V 等應(yīng)用。
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