减小EMI,提高密度和集成隔离是2019年电源发展的三大趋势

作者:德州仪器Kilby实验室电源管理总监Jeff Morroni

毫无疑问,电源在调节、传输和功耗等各个方面都成为日益重要的话题。人们期望产品功能日趋多样、性能更强大、更智能、外观更加酷炫,业界看到了关注电源相关问题的重要意义。展望2019年,三大广泛的问题最受关注,即:密度、EMI和隔离(信号和电源)。

 

实现更高的密度:将更多电源管理放入更小的空间

由于IC光刻工艺和每个功能运行功率的大幅缩减,使得芯片上可集成更多功能和栅极,对成品的总体功率需求迅速增长,如图1所示。一些处理器现在可以消耗几百安培电流,并且可以在不到一微秒的时间内从低电流状态上升到完全激活状态。通过降低损耗和提高热性能实现在硬币大小的面积上达到千瓦级功率的密度目标并非一句玩笑话。

1:从1992年到2010年的产品热密度发展趋势。

 

问题不仅在于管理功率和因此产生的功耗。由于存在基本的I2R损耗,即使在电源负载路径中明显可忽略的电阻也成为了有效功率输送的主要障碍:在200 A时,仅1mΩ的引线/走线电阻可导致出现0.2 V IR压降和40 W损耗。此外,因为可以靠近负载放置,使用较小的转换器也存在两难问题,,这一方面有利于减少走线损耗和噪声拾取,但也成为负载附近的一个发热源,导致温度升高。

 

与功率密度相关的趋势:单颗魔弹可能无法解决密度难题。解决方案将包括跨学科改进,将导致:

 

  • 更高频率的开关;
  • 将电源管理功能(或其电感)移到处理器散热器下方;
  • 更高的轨电压,如48 V,以最小化IC压降;
  • 新封装类型;
  • 将无源元件集成到芯片上或封装中。

 

减小EMI:发射导致出现性能不确定和拒绝调节