高效电源管理系统设计的发展趋势

从智能手机和电动汽车 (EV) 到 EV 充电站和电信中心，电源管理已日益成为我们日常使用的电子产品的关键因素。直到最近几年，高效电源管理常常被其他设计考虑所取代。但这已经改变了。在过去的 5 到 10 年中，诸如延长电池寿命、减小应用尺寸、使系统更安全以及满足消费者对更可靠、成本更低、充电速度更快的系统的期望等考虑加强了对解决关键电源设计挑战的关注。

图 1 工艺、封装和电路设计的改进为开发人员提供了提高电力电子效率的工具。资料来源：德州仪器

新工艺、封装和电路设计技术的改进为工程师们设计的系统提供了最高水平的效率。随着世界消耗越来越多的电力，我们都需要努力使我们生产的能源走得更远，寿命更长。今天，五个关键领域的代际改进正在帮助进一步推动电力。

功率密度提高了较小空间内的性能

电子系统对功能的需求增加往往超过可用能量。这需要提高在给定外形尺寸（或功率密度）下处理的功率量，这可以通过更高的效率和开关频率实现。电源设计人员正在寻求将更多功率压缩到更小的空间中，以使他们的产品与众不同、提高效率并改善热性能。

就氮化镓 (GaN) 而言，电源系统设计人员对 AC/DC 充电器和服务器电源等应用表现出极大的兴趣，在这些应用中，更高的密度和效率会增加显着的价值。当然，功率密度在几乎所有应用中都至关重要，包括太阳能和电动汽车。消费者需要体积更小、功耗更低的解决方案。

低 EMI 降低系统成本

减少电磁干扰 (EMI)（开关电流和电压的不良副产品）对于电子系统越来越重要，尤其是在汽车和工业应用中。低 EMI 设计可以减少无源滤波器的尺寸、成本、设计时间和复杂性。选择合适的功率半导体使工程师能够缩小电源解决方案的尺寸并降低其 EMI。以 TI 的LM25149-Q1和LM25149为例，工程师可以将外部 EMI 滤波器的面积减半，降低电源设计的传导 EMI，并实现减小滤波器尺寸和低 EMI 的结合。

图 2 降低 EMI 使电源系统设计人员能够快速符合 EMI 标准。资料来源：德州仪器

低静态电流可延长电池和保质期

在电池供电系统中，对管理低静态电流（低 I Q ）的芯片的需求——设备开启但处于待机模式时消耗的电流——是由追求在更长时间内实现更高性能而引发的。低 I Q对多种应用很重要，包括烟雾探测器、健康监测器和智能手表。这些应用程序大部分时间都处于睡眠模式——在需要时等待唤醒。

当前增长最快的低静态终端设备市场之一是楼宇自动化。如今，电池供电和能量收集系统 99% 以上的时间都处于待机模式。这使得仔细优化电力电子设备中的静态电流变得尤为重要。电路和工艺的进步使芯片制造商能够满足在保持电池寿命的同时寻求更多功能的设计工程师的需求。

低噪声和精度提高信号完整性

噪声是由所有组件产生并由多个来源引起的电气副产物。在 TI，我们的低噪声产品组合致力于最大限度地减少我们 IC 的自生噪声和过滤来自上游源的噪声。如果不加以缓解，这种噪声会对医疗设备和通信基础设施等敏感应用的性能产生负面影响。低噪声在为精密电路供电的电源中尤为重要，例如模数转换器 (ADC)、模拟前端和 IC 时钟。

隔离提高安全性

在人类和机器不断交互的世界中，隔离很重要。隔离——在实现信号和/或电源交换的同时提供保护的屏障——对于高压系统的可靠和安全运行至关重要。例如，像 TI 的UCC14240-Q1这样的隔离式 DC/DC 偏置电源模块可用于 EV 牵引逆变器，为栅极驱动器供电，同时仍保持高压域和汽车底盘之间的隔离。隔离技术可以提高系统可靠性、减小外形尺寸并简化最终产品的 EMI 合规性。

— Jeffrey Morroni 是德州仪器 (TI) 的企业研发团队 Kilby Labs 的电源管理总监。

　　审核编辑：汤梓红