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打造高功率密度方案 TI點出四大層面
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 報導】   2020年08月22日 星期六

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在現代電力輸送解決方案中,功率密度的重要性和價值不容小覷。為了更確實瞭解高功率密度設計的基礎技術,德州儀器資深科技委員Laszlo Balogh點出研究高功率密度解決方案的四大層面:減少耗損產生、最佳拓樸和控制選擇、有效排熱、透過機械和電氣元件整合來減少系統體積。

德州儀器資深科技委員Laszlo Balogh指出,效率和功率密度在功率傳輸應用中息息相關。
德州儀器資深科技委員Laszlo Balogh指出,效率和功率密度在功率傳輸應用中息息相關。

對於電源管理應用而言,功率密度的定義似乎不複雜:轉換器的額定(或標稱)輸出功率除以轉換器佔用的體積。

Laszlo Balogh指出,不過,如果要依據電源密度比較電源,即使是這個簡單的界定也需要充分釐清。輸出功率對應於轉換器在最不理想的環境條件下可以提供的連續輸出功率。相關的功率能力可能會受到環境溫度、可接受的最高機殼溫度、方向、高度和預期壽命的各種因素所影響。

他進一步說明,另一方面,依據轉換器的應用和構造,也可以多種方式界定電源供應的體積。可能會顯著影響體積,對於報告的電源功率密度產生影響的一些變數:包括或排除電磁干擾濾波器、風扇、機殼要求,以及輸入和輸出儲能電容,這些通常是要件,不過並不屬於許多模組化電源的一部份。因此,比較文獻中報告的功率密度資料時,必須瞭解和考量這些變數。

Laszlo Balogh表示,為了達到高功率密度,效率、尺寸和功率密度之間的特殊關係相當明顯。效率被視為達到高功率密度的要素,因為必須減少裝置的熱量。為了運用更高的效率,解決方案的體積(也就是尺寸)必須縮小。同時達到高效率和小尺寸需要能夠在高運作頻率下高效率運作的解決方案。

高效解決方案的特點

.減少切換損耗

可以提供低導通和低切換損耗的切換元件。

.拓樸、控制和電路設計

需要正確的拓樸才能在高切換頻率下運作。依據應用的控制技術,考量到大多數轉換器拓樸可以依據不同的模式運作,例如傳統的方波脈衝寬度調製、零電壓或零電流轉換或全諧振模式,也必須採用控制方法和創新的電路。

.整合

更高的運作效率對被動元件的縮放作用有助於縮小電源轉換器的尺寸。不過,功率密度難題有另外一個相當重要的部份,也就是整合,這可透過藉由矽技術以單一晶片結合電源和控制元件來達到。對於半導體裝置,設計人員運用整合多個半導體晶粒的多晶片模組技術,在許多情況下甚至運用被動裝置、電容和磁性元件。轉換器及其機殼的機械和印刷電路板設計必然是達到高功率密度的關鍵因素。

.改善的熱性能

對於盡可能減少外部冷卻表面之間的溫度梯度和實際矽溫度,TI的增強型封裝和先進的引線框架技術發揮重要的作用。這些技術以及具備的建模和優化功能促使熱性能改善,不僅可以達到高功率密度設計,且有助於TI半導體裝置長時間穩定運作。

Laszlo Balogh強調,將這四個基礎技術相結合是許多成功執行的高功率密度設計必要的基礎。因此,檢視達到的功率密度就可以對設計人員運用最合適的半導體技術所達到的程度進行評等,以並對於設計人員是否選擇正確的拓樸、控制方法、機械設計、熱管理和整合策略進行評等。

關鍵字: TI(德州儀器, 德儀
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