電子發燒友網報道（文/吳子鵬）隨著終端智能化和電氣化水平不斷提升，方案設計除了要實現性能指標之外，在空間和能效方面的挑戰也越來越大，因而高功率密度已經成為方案設計主要目標之一。在這個大背景下，開關電源朝向標準化、小型化、高效化、節能環保等方向發展。這些趨勢特征在德州儀器（TI）的新品器件上得到很好的體現。

近日，德州儀器連續發布了多款電源新品——新款100V GaN功率級LMG2100R044和LMG3100R017，1.5W 隔離式直流/直流模塊UCC33420-Q1和UCC33420，借助這些新品，設計人員可以實現更高效、更高功率密度的方案設計。

雙面散熱/集成驅動的100V GaN

作為第三代半導體的代表性器件，GaN器件具有高功率密度、高頻率、寬帶隙、耐高壓、耐高溫、抗輻射等優點，在電力電子設備中應用廣泛。此次德州儀器發布的LMG2100R044和LMG3100R017得益于GaN技術的高開關頻率，設計人員可以將中壓應用的電源解決方案尺寸縮小40%以上，功率密度可以達到1.5kW/in3以上。

德州儀器氮化鎵產品業務負責人楊斐博士表示，GaN相較于傳統硅器件有更低的開關損耗，德州儀器將這種優勢帶到100V GaN新品中。“我們在進行產品開發的時候，將驅動和GaN器件集成在一起，并設計出半橋和單管兩種不同的形態，以滿足更廣泛的應用需求。”

針對GaN器件，驅動電路設計一直都是一個挑戰，這也成為GaN器件應用的一道門檻。楊斐指出，在德州儀器的產品布局中，無論是高端GaN器件還是低壓GaN器件，都將驅動和GaN器件集成在一起，給設計人員帶來更好的使用體驗。如果設計人員需要單獨設計驅動電路，很容易受到寄生參數的影響，采用德州儀器的GaN器件就無需擔心這個問題，只需要將信號傳送過來即可。同時，這樣的設計方式也能夠保證GaN器件在性能方面具有更好的一致性。

驅動和GaN器件集成的產品設計，對于提升方案功率密度和效率有非常大的幫助。楊斐以微逆變器應用舉例稱，如果采用傳統的硅器件，效率大約在 94%-96% 之間。德州儀器 100V GaN新品將開關功耗降低了50%，并且在給定較低輸出電容和較低柵極驅動損耗的情況下，就可以讓微逆變器應用實現98%或更高的系統效率。功率密度也會大幅提升，滿足方案小型化設計要求。并且，由于開關頻率提升，輸出電容、電感等被動元件的尺寸都會減小，加之集成驅動和GaN器件本身所需的外圍器件就會減少。因此，總結而言，此次德州儀器發布的LMG2100R044和LMG3100R017能夠從器件、外圍電路，整體和局部，幫助設計人員降低成本、提升系統效率、提升功率密度。

GaN器件在微逆變器中的應用框圖

楊斐強調，除了微逆變器，48V轉12V工業電源、馬達系統和其他高功率密度轉化器等都是LMG2100R044和LMG3100R017的目標應用領域，100V GaN新品有非常廣泛的市場前景。

當然，肯定有設計人員會注意到，當效率和開關頻率提升，器件體積下降的情況下，散熱會是一個很大的挑戰。對此，德州儀器 100V GaN新品也進行了創新，采用熱增強雙面冷卻封裝，幫助這些器件實現高效散熱。楊斐稱，不只是器件散熱得到解決，整個系統的散熱成本都能得到優化，甚至在某些應用中不需要任何散熱器就可以滿足系統的發熱要求。“具體的設計中，頂層散熱需要使用一些導熱膠和硅脂，以確保與散熱片的接觸，同時提供電氣絕緣和熱擴散。如果客戶需要技術支持，我們會分享熱設計的參考設計和 EVM 模塊積累的經驗，提供一些熱設計的指南。”他在介紹中提到。

滿足嚴苛EMI要求的1.5W 隔離式直流/直流模塊

和100V GaN新品一樣，德州儀器此次發布的1.5W 隔離式直流/直流模塊也是高功率密度的代表產品。過往，隔離式輔助電源方案通常采用笨重、龐大且易受振動影響的變壓器，設計的布局也因此變得很復雜，并且會導致較高的輻射EMI，這是電源系統設計的一個痛點。

得益于變壓器設計領域的技術突破，德州儀器1.5W隔離式直流/直流模塊能夠將變壓器和硅完全集成到一個封裝中，從而顯著縮減隔離式直流/直流模塊的高度和尺寸。德州儀器中國區技術支持經理寧玉懷先生表示，德州儀器新款1.5W隔離式直流/直流模塊為汽車和工業系統提供超高的輸出功率和隔離能力，并且采用4mm×5mm的VSON封裝，憑借業界超小型封裝尺寸和超高的功率密度，設計人員可以將其隔離式輔助電源尺寸縮減8倍以上，并將高度降低75%以上，BOM的數量也可以減半。

UCC33420-Q1是德州儀器新款1.5W 隔離式直流/直流模塊里面一款車規級器件，采用小型封裝且符合汽車標準的先進解決方案。根據寧玉懷的介紹，這款器件將隔離電源變壓器、初級側和次級側電橋與控制邏輯集成到一個封裝中，采用EMI優化型變壓器，使設計人員能夠輕松滿足最嚴苛的EMI要求，例如國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 32和25。德州儀器這樣做大概有三方面的考量：
·外置變壓器由于振動等因素，對高度較高的器件引腳可能會產生破壞性或降低可靠性；
·變壓器的寄生參數，特別是原邊和副邊耦合的電容，在系統中會產生影響；
·第三代半導體高開關速率會產生陡峭的dvdt，導致EMI變得不理想。

基于這款器件，設計人員可實現有效抵抗噪聲的可靠解決方案，UCC33420-Q1具有大于 200V/ns的業內超高共模瞬態抗擾性（CMTI）和低于3pF的初級到次級的電容，因此可承受極高的電壓瞬變。

“在汽車的BMS、OBC、牽引逆變器、數字隔離器、CAN總線隔離，以及MCU、電壓和電流傳感器的隔離供電等應用中，對UCC33420-Q1有強勁的需求。”寧玉懷在介紹中提到。和UCC33420-Q1一樣，UCC33420在非車用市場同樣應用廣泛。

當然，相較于離散器件打造的方案，德州儀器新款1.5W 隔離式直流/直流模塊在靈活性方面會受限制。針對這個顧慮，寧玉懷回應稱，德州儀器的策略不是僅僅提供單一產品，而是推出一系列產品，以滿足客戶和應用的多樣需求。

總結

無論是100V GaN新品，還是新款1.5W 隔離式直流/直流模塊，德州儀器這些新品器件展示出出色的高功率密度特性，有助于設計人員打造更加具有競爭力的電源方案。并且，為了幫助設計人員更好地上手，針對這些新品，德州儀器都提供了豐富的設計資源支持。