如何在更小空间内封装更多电源，同时降低系统成本

当我们推进功率密度创新以帮助工程师将更多电源封装到更小空间时，企业和消费者将从更高效、更持久的电子器件和更可靠的数字联接中受益。

人们期望电子器件能够在任何时间、任何有需要的地方工作。这些器件不分昼夜地通电运作——开启线上会议、播放人们喜欢的电视节目并使人们相互连接。

TI升压和多通道/多相DC/DC团队的负责人Cecelia Smith称：“我们当前的环境与通过技术来实现的彼此之间的可访问性息息相关。想象一下你每天多么依赖笔记本电脑和智能手机，以及通过云服务器实现的视频会议应用。这些都需要更高效的电力输送。”

即使在新冠疫情期间企业普遍转为在家办公之前，美国近一半的劳动力正在远程办公1——对数字服务和高效数据检索以及存储的需求大幅飙升。包括汽车电动化、5G的上线应用、能源电网不断增长的需求等市场趋势增加推动了对数据和电源的需求的增长。

更高的功率密度——将更多电源封装到更小空间并提高效率——是改善电子器件、加强数字连接、改善驾驶体验等的关键。

我们如何通过开发新工艺、封装和电路设计技术突破功率极限。

TI高压电源团队负责人Steve Lambouses称：“用更少的电源完成更多的任务至关重要，因为我们对数据和更连接器件的需求不会减缓。改善功率密度是每个市场的关键问题，例如5G系统的上线或电动汽车和混动汽车的日益普及。人们期望看到例如数据下载速度或每次充电的车辆续行里程等性能的显著提高，但不希望看到电池尺寸或功耗的增加。同时也期望新技术更可靠、成本更低。”

半导体技术可通过以下三种方式让电源工作更智能、适应更小空间，从而改善我们的生活：

同等空间下更高效的系统

为互联网搜索提供动力、保护电子邮件免受病毒攻击并支持视频通话的数据中心正在向50000平方英尺及更大的尺寸发展。有限的可扩展空间让工程师面临着更大的挑战。

TI模拟电源产品团队负责人Mark Gary称：“随着在家办公模式的普及，企业的计算需求正在激增，这也加大了对额外云空间的需求。数据中心需要越来越多的电源，但服务器机房内的机架尺寸并没有改变，我们必须在更小空间中获得更多电源。”

同时，由于较高的温度会增加运行成本、干扰网络信号、导致器件过早失效，散热也变的至关重要。在经过对于同一器件上近十年的不断创新——每次改进都基于上次改进——降压开关稳压器团队推出了电源芯片。工程师可将其堆叠在一起以获取更多电源，同时散布热量。

Mark称：“自2011年推出首款系列产品以来，相同的占地面积内的功率密度已发展至翻番。这对于数据中心市场以及5G的基站市场意义非凡。我们需要能够为路灯和电线杆——5G网络的骨干——上的小型无线电接入点提供更多电源，在不增加其尺寸的前提下实现更快的数据传输。”

更高效的氮化镓，更经济实用的电子产品

想象一下在美国各地电线杆上成千上万个5G无线电接入点，每个接入点都有一个风扇来冷却控制邻域互联网连接的电源。每次风扇停止工作时，都必须调动维护人员，以恢复连接并正常运行。

任何电源管理系统的主力都是一个可快速开关电源的电气开关。氮化镓（GaN）的开关频率比硅高得多，提高效率的同时减少了电源所需总空间，还能消除用风扇冷却的需求。

Steve称：“氮化镓可实现更小型、更高效、更可靠的电动汽车、工业系统、医疗器械、消费电子产品以及航空航天和国防系统，生产成本更低。客户能在不增加成本或尺寸的情况下将其电源输出提升两到三倍。”

空间的减少会产生连锁反应：更少的物理材料、器件以及更多的解决方案集成将会降低成本。这将进一步转化为更经济实用、更高效的电子产品，同时也有机会增加更多功能，改善用户体验。

Mark称：“许多市场正在推动对诸如氮化镓技术之类的功率密度创新的需求。在汽车领域，氮化镓有潜力实现越来越小的电子产品，以减轻汽车重量和成本，从而帮助汽车制造商满足对提高燃油经济性和减少二氧化碳排放的需求。”

小芯片，大方案

对于将更多电源装进更小空间——例如医疗器械、远程传感器或测试与测量仪器——的需求使得集成组件至关重要。

例如，医疗患者监护仪需要使用能能人员免受危险电压影响并降低电磁干扰（EMI）——一种所有电子器件发出的信号都会相互干扰的现象——的组件。

指甲大小的芯片可实现双重任务：将患者与电源隔离开以及减少EMI而无需额外组件，能显著减小周围的电路尺寸。

Steve称：“我们的集成变压器解决方案降低了EMI，这是一个客户需要花费大量成本来解决的重大问题。现在，他们不必花费额外的成本或占用更多的空间，进而不必设法在更小器件中布置更密集的解决方案。”

这意味着便携式和可穿戴式健康监护仪将成为现实，为患者提供了更大的移动自由。

Cecelia称：“能够帮助全世界以更小的功率实现更多的任务令人兴奋，这种挑战在许多应用和市场中都是真实存在的。作为工程师，同时也作为消费者，我们都清楚对于更多数据、更多连接器件、更小占位面积和更低成本的需求。我们将提供电源管理解决方案来满足这些需求和挑战。”

降低功率器件的成本是一个事例。我们热衷于通过半导体技术降低电子产品成本，让世界变得更美好这种激情永不磨灭，我们会一直在集成电路领域开拓创新。每一代创新都建立在上一代创新的基础之上，使技术变得更小巧、更高效、更可靠、更实惠，从而实现半导体在电子产品领域的广泛应用，这就是工程的进步。这正是我们数十年来乃至现在一直在做的事。

审核编辑：郭婷