當(dāng)我們推進(jìn)功率密度創(chuàng)新以幫助工程師將更多電源封裝到更小空間時(shí)，企業(yè)和消費(fèi)者將從更高效、更持久的電子器件和更可靠的數(shù)字聯(lián)接中受益。
人們期望電子器件能夠在任何時(shí)間、任何有需要的地方工作。這些器件不分晝夜地通電運(yùn)作--開(kāi)啟線(xiàn)上會(huì)議、播放人們喜歡的電視節(jié)目并使人們相互連接。
德州儀器副總裁暨升壓與多通道/多相位DC-DC產(chǎn)品線(xiàn)總經(jīng)理Cecelia Smith稱(chēng)：“我們當(dāng)前的環(huán)境與通過(guò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的彼此之間的可訪(fǎng)問(wèn)性息息相關(guān)。想象一下你每天多么依賴(lài)筆記本電腦和智能手機(jī)，以及通過(guò)云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的視頻會(huì)議應(yīng)用。這些都需要更高效的電力輸送。”
即使在新冠疫情期間企業(yè)普遍轉(zhuǎn)為在家辦公之前，美國(guó)近一半的勞動(dòng)力正在遠(yuǎn)程辦公1--對(duì)數(shù)字服務(wù)和高效數(shù)據(jù)檢索以及存儲(chǔ)的需求大幅飆升。包括汽車(chē)電動(dòng)化、5G的上線(xiàn)應(yīng)用、能源電網(wǎng)不斷增長(zhǎng)的需求等市場(chǎng)趨勢(shì)增加推動(dòng)了對(duì)數(shù)據(jù)和電源的需求的增長(zhǎng)。
更高的功率密度--將更多電源封裝到更小空間并提高效率--是改善電子器件、加強(qiáng)數(shù)字連接、改善駕駛體驗(yàn)等的關(guān)鍵。
我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)開(kāi)發(fā)新工藝、封裝和電路設(shè)計(jì)技術(shù)突破功率極限。
德州儀器高壓電源解決方案副總裁Steve Lambouses稱(chēng)：“用更少的電源完成更多的任務(wù)至關(guān)重要，因?yàn)槲覀儗?duì)數(shù)據(jù)和更連接器件的需求不會(huì)減緩。改善功率密度是每個(gè)市場(chǎng)的關(guān)鍵問(wèn)題，例如5G系統(tǒng)的上線(xiàn)或電動(dòng)汽車(chē)和混動(dòng)汽車(chē)的日益普及。人們期望看到例如數(shù)據(jù)下載速度或每次充電的車(chē)輛續(xù)行里程等性能的顯著提高，但不希望看到電池尺寸或功耗的增加。同時(shí)也期望新技術(shù)更可靠、成本更低。”
半導(dǎo)體技術(shù)可通過(guò)以下三種方式讓電源工作更智能、適應(yīng)更小空間，從而改善我們的生活：
同等空間下更高效的系統(tǒng)
為互聯(lián)網(wǎng)搜索提供動(dòng)力、保護(hù)電子郵件免受病毒攻擊并支持視頻通話(huà)的數(shù)據(jù)中心正在向50000平方英尺及更大的尺寸發(fā)展。有限的可擴(kuò)展空間讓工程師面臨著更大的挑戰(zhàn)。
德州儀器降壓DC/DC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器副總裁Mark Gary稱(chēng)：“隨著在家辦公模式的普及，企業(yè)的計(jì)算需求正在激增，這也加大了對(duì)額外云空間的需求。數(shù)據(jù)中心需要越來(lái)越多的電源，但服務(wù)器機(jī)房?jī)?nèi)的機(jī)架尺寸并沒(méi)有改變，我們必須在更小空間中獲得更多電源。”
同時(shí)，由于較高的溫度會(huì)增加運(yùn)行成本、干擾網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、導(dǎo)致器件過(guò)早失效，散熱也變的至關(guān)重要。在經(jīng)過(guò)對(duì)于同一器件上近十年的不斷創(chuàng)新--每次改進(jìn)都基于上次改進(jìn)--降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器團(tuán)隊(duì)推出了電源芯片 <https://www.ti.com.cn/product/cn/TPS546D24A>。工程師可將其堆疊在一起以獲取更多電源，同時(shí)散布熱量。
Mark稱(chēng)：“自2011年推出首款系列產(chǎn)品以來(lái)，相同的占地面積內(nèi)的功率密度已發(fā)展至翻番。這對(duì)于數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)以及5G的基站市場(chǎng)意義非凡。我們需要能夠?yàn)槁窡艉碗娋€(xiàn)桿--5G網(wǎng)絡(luò)的骨干--上的小型無(wú)線(xiàn)電接入點(diǎn)提供更多電源，在不增加其尺寸的前提下實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸。”
更高效的氮化鎵，更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電子產(chǎn)品
想象一下在美國(guó)各地電線(xiàn)桿上成千上萬(wàn)個(gè)5G無(wú)線(xiàn)電接入點(diǎn)，每個(gè)接入點(diǎn)都有一個(gè)風(fēng)扇來(lái)冷卻控制鄰域互聯(lián)網(wǎng)連接的電源。每次風(fēng)扇停止工作時(shí)，都必須調(diào)動(dòng)維護(hù)人員，以恢復(fù)連接并正常運(yùn)行。
任何電源管理系統(tǒng)的主力都是一個(gè)可快速開(kāi)關(guān)電源的電氣開(kāi)關(guān)。氮化鎵 <https://www.ti.com.cn/zh-cn/power-management/gallium-nitride/overview.html>（GaN）的開(kāi)關(guān)頻率比硅高得多，提高效率的同時(shí)減少了電源所需總空間，還能消除用風(fēng)扇冷卻的需求。
Steve稱(chēng)：“氮化鎵可實(shí)現(xiàn)更小型、更高效、更可靠的電動(dòng)汽車(chē)、工業(yè)系統(tǒng)、醫(yī)療器械、消費(fèi)電子產(chǎn)品以及航空航天和國(guó)防系統(tǒng)，生產(chǎn)成本更低。客戶(hù)能在不增加成本或尺寸的情況下將其電源輸出提升兩到三倍。”
空間的減少會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)：更少的物理材料、器件以及更多的解決方案集成將會(huì)降低成本。這將進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為更經(jīng)濟(jì)實(shí)用、更高效的電子產(chǎn)品，同時(shí)也有機(jī)會(huì)增加更多功能，改善用戶(hù)體驗(yàn)。
Mark稱(chēng)：“許多市場(chǎng)正在推動(dòng)對(duì)諸如氮化鎵技術(shù)之類(lèi)的功率密度創(chuàng)新的需求。在汽車(chē)領(lǐng)域，氮化鎵有潛力實(shí)現(xiàn)越來(lái)越小的電子產(chǎn)品，以減輕汽車(chē)重量和成本，從而幫助汽車(chē)制造商滿(mǎn)足對(duì)提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少二氧化碳排放的需求。”
小芯片，大方案
對(duì)于將更多電源裝進(jìn)更小空間--例如醫(yī)療器械、遠(yuǎn)程傳感器或測(cè)試與測(cè)量?jī)x器--的需求使得集成組件至關(guān)重要。
例如，醫(yī)療患者監(jiān)護(hù)儀需要使用能能人員免受危險(xiǎn)電壓影響并降低電磁干擾（EMI）--一種所有電子器件發(fā)出的信號(hào)都會(huì)相互干擾的現(xiàn)象--的組件。
指甲大小的芯片 <https://www.ti.com.cn/product/cn/UCC12050>可實(shí)現(xiàn)雙重任務(wù)：將患者與電源隔離開(kāi)以及減少EMI而無(wú)需額外組件，能顯著減小周?chē)碾娐烦叽纭?/p>
Steve稱(chēng)：“我們的集成變壓器解決方案降低了EMI，這是一個(gè)客戶(hù)需要花費(fèi)大量成本來(lái)解決的重大問(wèn)題。現(xiàn)在，他們不必花費(fèi)額外的成本或占用更多的空間，進(jìn)而不必設(shè)法在更小器件中布置更密集的解決方案。”
這意味著便攜式和可穿戴式健康監(jiān)護(hù)儀將成為現(xiàn)實(shí)，為患者提供了更大的移動(dòng)自由。
Cecelia稱(chēng)：“能夠幫助全世界以更小的功率實(shí)現(xiàn)更多的任務(wù)令人興奮，這種挑戰(zhàn)在許多應(yīng)用和市場(chǎng)中都是真實(shí)存在的。作為工程師，同時(shí)也作為消費(fèi)者，我們都清楚對(duì)于更多數(shù)據(jù)、更多連接器件、更小占位面積和更低成本的需求。我們將提供電源管理解決方案來(lái)滿(mǎn)足這些需求和挑戰(zhàn)。”
降低功率器件的成本是一個(gè)事例。我們熱衷于通過(guò)半導(dǎo)體技術(shù)降低電子產(chǎn)品成本，讓世界變得更美好這種激情永不磨滅，我們會(huì)一直在集成電路領(lǐng)域開(kāi)拓創(chuàng)新。每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，使技術(shù)變得更小巧、更高效、更可靠、更實(shí)惠，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來(lái)乃至現(xiàn)在一直在做的事。