日前，德州儀器（TI）推出兩款SWIFT^™ 新產品，一個是業界較高電流的40-A，16-V_IN轉換器，另一個是業界較高功率密度12-V，10-A，10-MHz DC/DC轉換器，再次印證了該公司在電源技術創新方面的新突破。該公司模擬產品業務拓展經理趙向源向記者介紹了兩款產品的特色和應用范圍。

 

半導體行業的關鍵技術和新需求

趙向源在談到產品之前，首先表示TI的重點投資領域是工業應用。他認為，工業對半導體需求一直在增加，較近比較熱的話題就是工業4.0/中國制造2025，其主要核心體現在生產的自動化、智能化、各個環節的互聯化。在這種背景下，半導體行業的關鍵技術和需求體現在以下幾個方面。

首先是感測，也就是傳感器。因為互聯化、智能化需要對工業現場的各種信號和信息進行采集，包括溫度、濕度、氣體、位移。傳感器應用于工業的各個領域和環節。

第二是高精度模擬。工業領域需要非常精密的信號采集、信號處理、信號控制，相對應的就需要高精度的器件，比如高精度的放大器、數模轉化器。

第三是嵌入式處理與通信，包括有線、無線的接口技術，比如工業以太網，包括CAN。這種無線技術構成了整個工業4.0環境的互聯化技術。

第四是隔離。工業的現場是比較嘈雜的，環境比較惡劣。如果要在這么復雜的工業環境里保證系統安全可靠的運行，不得不用到隔離。隔離也是實現工業智能化的關鍵技術，確保系統安全可靠。

第五是電源管理。電源無處不在。既然談到工業4.0的智能化、自動化、互聯化，就需要與之匹配的先進電源技術，比如傳感器用在各種工業環境中，很多傳感器都需要電池供電，要求電源必須低功耗、省電。一個傳感器放在工業現場三五年，需要滿足低功耗要求。既然傳感器的應用這么普遍，對它的體積也有要求。特別是提到IoT、物聯網的概念，都需要小尺寸、低功耗的電源。

趙向源解釋說，高精度模擬指的是高精度的運放、高精度數模轉換器，電源輸出的電壓也需要高精度。如果本身信號輸出是高精度的，而電源不是高精度的，如何能夠保證信號的完整性？如何保證高精度的采樣、測量？所以相對應的也需要高精度的電源。

信號是隔離的，電源不隔離，何談信號隔離？與隔離相對應也需要高壓技術，也需要隔離的電源技術。半導體需求的各項技術都需要與之對應的電源管理技術。

這幾項技術可以幫助實現工廠的自動化、樓宇的自動化、智能電網、電機驅動控制等等方面，可以使工業4.0更加安全、可靠、穩定地運行。

提到電源管理，關鍵的就是電源轉換。能源效率是指轉換效率。工業4.0強調大數據、云計算、云存儲。與之相對應的需要電源技術也能夠實現高效。因為在進行大數據存儲和處理的時候，電流能力越來越高、功率越來越大，損耗也變大。如何減小損耗是個問題。

高集成度意味著有更小的BOM、物料清單、更小的PCB尺寸，意味著生產制造環節更加精簡。對客戶來講就是節省系統成本。尺寸變小意味著有更多的空間讓客戶的產品擁有更多的功能，并進行更多的差異化設計。

更高的電壓指的就是在工業現場如何保證安全。這個安全不光是設備、產品的安全，還包括操作產品的人員的安全。如何讓芯片更高的耐壓、更高的處理可靠性、穩定性和安全性。

高功率密度的定義就是在單位體積內處理更多的能量、處理更多的功率。在服務器行業、通信、電信行業、存儲行業、汽車行業都會對空間有要求。怎么在比較小的空間內處理更多的能量，這就體現了功率密度的要求。

綜上，高效率、高集成度、更高的電壓、更高安全度、更高的功率密度將是電源創新設計的主要體現。

他說，TI的工程師和技術專家一直致力于這些方面的創新，包括高效率、小尺寸、低功耗。TI的產品領域比較多，應用面比較全，TI在電源管理上不僅僅是產品創新，在行業內還擁有超過三十年的經驗。利用自己的經驗、全球的生產制造和對客戶系統的認知，提供給客戶的是一種創新的電源解決方案，而不僅僅是一款產品。

 

 

TI的產品應用于各個領域，與電源相關的設計都有相關產品，比如比較齊全的交流轉直流AC/DC、直流轉直流DC/DC、LDO、電池管理、接口電源。現在比較熱門的USB3.0、以太網的接口電源，TI都有做。這些接口也可以做一些保護器件。這么齊全的產品應用在非常廣泛的領域，工業、汽車是主要的應用市場，甚至包括通信行業、服務器行業、個人消費行業，以及大家生活相關的各個領域。

 

具有真差分遠程電壓感測特性的轉換器

趙向源介紹，這次推出的40-A, 16-V_IN同步降壓DC/DC轉換器是業界首個帶有真差分遠程電壓感測功能的產品。SWIFT TPS548D22降壓轉換器帶有一個小尺寸PowerStack^™封裝和集成金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET），可在空間受限的應用中驅動專用集成電路（ASIC）和數字信號處理器（DSP）。與德州儀器的WEBENCH^®Power Designer工具一起使用時，TPS548D22可讓工程師獲得其功率密集型有線和無線通訊；企業和云計算；及數據儲存系統設計以加快上市速度。TPS548D22 DC/DC轉換器采用D-CAP3^™控制模式拓撲結構，在不同溫度下具有0.5%的基準電壓精度和真差分遠程電壓感測功能，可以滿足深亞微米處理器的電壓要求。

 

 

TPS548D22是40-A轉換器系列中首款加入德州儀器高電流DC/DC SWIFT產品組合的產品。TPS548D22的主要特性和優勢主要包括：集成2.9/1.2毫歐的高/低側RDS_(ON)功率MOSFET，可以增加功率密度和系統可靠性；真差分遠程電壓感測可改善負載調節，以提高整體系統精度；簡單易用的D-CAP3自適應工作時間控制模式可提供高精度和極其快速的負載瞬態響應，且無需環路補償，可簡化設計并可較大限度地減少外部組件數量；PowerStack四方扁平無引線（QFN）封裝具有極高的功率密度，可輕松將熱量從集成電路（IC）底部的單接地墊塊散發到通孔極少的內部印刷電路板接地層；其它確保可預測及可靠的操作特征還有，包括內部軟啟動、輸入欠壓保護及熱關斷。

 

 

 

實現現有解決方案的四倍電流密度

德州儀器推出的另一款產品是TPS54A20 SWIFT同步DC/DC轉換器，是具有業界較高功率密度12-V, 10-A,10-MHz DC/DC轉換器。這個串聯電容降壓轉換器電流密度超過50 A/cm³，是任何其它12伏功率管理部件或現有解決方案的電流密度的四倍。

 

 

趙向源表示，TPS54A20 SWIFT同步DC/DC轉換器具有獨特的拓撲結構，可在每相高達5 MHz的條件下高頻運作，而無需特殊磁性元件或復合半導體，設計者可在8V至14 V的輸入和10-A輸出應用中使用。通過使用降壓轉換器和德州儀器的WEBENCH^®功率設計工具，工程師可獲得空間和高度受限的負載點（POL）電信和聯網電源設計，從而加快上市速度。

據介紹，該TPS54A20具有一個獨特的兩相、串聯電容DC/DC降壓拓撲結構，它將開關電容電路和多相降壓轉換器集為一體。此電容轉換技術可以實現高效、高頻操作，同時其尺寸也比傳統轉換器小7倍之多。

 

 

TPS54A20主要特性與優勢包括三個方面，其一是微型解決方案：小型Hotrod™四方扁平無引線（QFN）封裝，及經濟、微型2至5 MHz電感器可實現131-mm²的解決方案，與同類500 kHz DC/DC轉換器相比，其占用空間可減少一半。

 

 

其二是低斷面：此產品高度小于2mm，尺寸、重量和物料清單（BOM）均有所縮減，可在印刷電路板（PCB）背面放置微型10-A穩壓器，這樣工程師便能夠在工業服務器或其他空間受限應用中利用TPS54A20。

 

 

其三是多兆赫操作：14納秒的較小導通時間支持在4-/7/10-MHz條件下運行，而且不會影響效率或電磁干擾（EMI）性能。

目前，德州儀器及其授權分銷商已批量銷售上述兩款DC/DC轉換器。

 

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