塑造電源管理設計未來的五大趨勢

作者 : Jeffrey Morroni,TI企業研發團隊Kilby Labs電源管理總監

製程、封裝和電路設計等技術進展,為工程師設計的系統提供了最高效率。隨著世界消耗越來越多的電力,我們都需要努力使生產的能源走得更遠、壽命更長。如今,五個關鍵領域的改進正協助進一步推動電源的發展...

從智慧型手機和電動車(EV)到電動車充電站以及電信中心,電源管理日益成為實現我們日常使用的電子產品之關鍵因素。直到最近幾年,高效電源管理往往在其他設計考慮因素中退居次要地位。但這種情況已經發生了改變。

在過去的5到10年中,諸如延長電池壽命,同時縮減應用尺寸,使得系統更安全,以及滿足消費者期望系統更可靠、更低成本、充電速度更快等考慮因素,增強了對於解決關鍵電源設計挑戰的關注。

1:製程、封裝和電路設計的改善,為開發人員帶來提升電力電子效率的工具。(資料來源:Texas Instruments

新的製程、封裝和電路設計技術進展,為工程師設計的系統提供了最高效率。隨著世界消耗越來越多的電力,我們都需要努力使生產的能源走得更遠、壽命更長。如今,五個關鍵領域的代際改進正協助我們進一步推動電源的發展。

  1. 功率密度:在更小的空間內提升性能

電子系統對功能的需求增加往往超過可用能量。這需要提高在特定外形尺寸——或功率密度——處理的功率量,這可以透過更高的效率和開關頻率實現。 電源設計人員正致力於將更多功率壓縮到更小的空間中,以使其產品與眾不同、提高效率並改善熱性能。

就氮化鎵(GaN)而言,電源系統設計人員對AC/DC充電器和伺服器電源等應用表現出極大的興趣,在這些應用中,更高的密度和效率會明顯的增加價值。當然,功率密度在幾乎所有應用中都非常重要,包括太陽能和電動車。消費者需要體積更小、功耗更低的解決方案。

  1. 低EMI:降低系統成本

減少電磁干擾(EMI)——開關電流和電壓的不良副產物——對於電子系統越來越重要,尤其是在汽車和工業應用中。低EMI設計可以減少被動濾波器的尺寸、成本、設計時間和複雜性。選擇合適的功率半導體讓工程師能夠縮小電源解決方案的尺寸並降低其EMI。以TI的LM25149-Q1和LM25149為例,工程師可以將外部EMI濾波器的面積減半、降低電源設計的傳導EMI,並實現縮減濾波器尺寸和低EMI的組合。

2:降低EMI使電源系統設計人員能夠快速符合EMI標準。(資料來源:Texas Instruments

  1. 低靜態電流:延長電池的壽命和儲存時間

在電池供電的系統中,對管理低靜態電流(低IQ)的晶片需求——裝置開啓但處於待機模式時消耗的電流——這種需求是由於追求在更長時間內實現更高性能引發的。低IQ在多種應用中都很重要,包括煙霧偵測器、健康監測器和智慧手錶。這些應用大部份時間都處於睡眠模式——等待在需要時被喚醒。

當前增長最快的低靜態終端設備市場之一是建築物自動化。如今,電池供電和能量採集系統有99%以上的時間都處於待機模式。這使得認真最佳化電力電子產品中的靜態電流變得尤為重要。電路和製程的進步使晶片製造商能夠滿足在保持電池壽命的同時尋求更多功能的設計工程師需求。

  1. 低雜訊和高精度:提高訊號完整性

雜訊是由所有元件產生並由多個來源引起的電氣副產物。TI的低雜訊產品組合致力於盡可能地減少IC的自發雜訊、過濾來自上游來源的雜訊。如果不加以緩解,這種雜訊會對醫療設備和通訊基礎設施等敏感應用的性能產生負面影響。低雜訊在為精密電路供電的電源中尤為重要,例如類比數位轉換器(ADC)、類比前端和IC時脈。

  1. 隔離:提高安全性

在人類和機器不斷互動的世界中,隔離極其重要。隔離——在實現訊號和/或在電源交換的同時提供保護屏障——對於高壓系統的可靠和安全運行至關重要。例如,TI UCC14240-Q1等隔離式DC/DC偏置電源模組塊:可用於EV牽引逆變器,並為閘極驅動器供電,同時仍保持高壓域與汽車底盤之間的隔離。隔離技術可以提高系統可靠性、減小外形尺寸、並簡化最終產品的EMI合規性。

編譯:Bowen Tan

(參考原文:Five trends shaping the future of power management designsby Jeffrey Morroni)

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