從智能手機和電動汽車 (EV) 到 EV 充電站和電信中心，電源管理已日益成為我們日常使用的電子產(chǎn)品的關鍵因素。直到最近幾年，高效電源管理常常被其他設計考慮所取代。但這已經(jīng)改變了。在過去的 5 到 10 年中，諸如延長電池壽命、減小應用尺寸、使系統(tǒng)更安全以及滿足消費者對更可靠、成本更低、充電速度更快的系統(tǒng)的期望等考慮加強了對解決關鍵電源設計挑戰(zhàn)的關注。

圖 1 工藝、封裝和電路設計的改進為開發(fā)人員提供了提高電力電子效率的工具。資料來源：德州儀器

新工藝、封裝和電路設計技術的改進為工程師們設計的系統(tǒng)提供了最高水平的效率。隨著世界消耗越來越多的電力，我們都需要努力使我們生產(chǎn)的能源走得更遠，壽命更長。今天，五個關鍵領域的代際改進正在幫助進一步推動電力。

功率密度提高了較小空間內的性能

電子系統(tǒng)對功能的需求增加往往超過可用能量。這需要提高在給定外形尺寸（或功率密度）下處理的功率量，這可以通過更高的效率和開關頻率實現(xiàn)。電源設計人員正在尋求將更多功率壓縮到更小的空間中，以使他們的產(chǎn)品與眾不同、提高效率并改善熱性能。

就氮化鎵 (GaN) 而言，電源系統(tǒng)設計人員對 AC/DC 充電器和服務器電源等應用表現(xiàn)出極大的興趣，在這些應用中，更高的密度和效率會增加顯著的價值。當然，功率密度在幾乎所有應用中都至關重要，包括太陽能和電動汽車。消費者需要體積更小、功耗更低的解決方案。

低 EMI 降低系統(tǒng)成本

減少電磁干擾 (EMI)（開關電流和電壓的不良副產(chǎn)品）對于電子系統(tǒng)越來越重要，尤其是在汽車和工業(yè)應用中。低 EMI 設計可以減少無源濾波器的尺寸、成本、設計時間和復雜性。選擇合適的功率半導體使工程師能夠縮小電源解決方案的尺寸并降低其 EMI。以 TI 的LM25149-Q1和LM25149為例，工程師可以將外部 EMI 濾波器的面積減半，降低電源設計的傳導 EMI，并實現(xiàn)減小濾波器尺寸和低 EMI 的結合。

圖 2 降低 EMI 使電源系統(tǒng)設計人員能夠快速符合 EMI 標準。資料來源：德州儀器

低靜態(tài)電流可延長電池和保質期

在電池供電系統(tǒng)中，對管理低靜態(tài)電流（低 I Q ）的芯片的需求——設備開啟但處于待機模式時消耗的電流——是由追求在更長時間內實現(xiàn)更高性能而引發(fā)的。低 I Q對多種應用很重要，包括煙霧探測器、健康監(jiān)測器和智能手表。這些應用程序大部分時間都處于睡眠模式——在需要時等待喚醒。

當前增長最快的低靜態(tài)終端設備市場之一是樓宇自動化。如今，電池供電和能量收集系統(tǒng) 99% 以上的時間都處于待機模式。這使得仔細優(yōu)化電力電子設備中的靜態(tài)電流變得尤為重要。電路和工藝的進步使芯片制造商能夠滿足在保持電池壽命的同時尋求更多功能的設計工程師的需求。

低噪聲和精度提高信號完整性

噪聲是由所有組件產(chǎn)生并由多個來源引起的電氣副產(chǎn)物。在 TI，我們的低噪聲產(chǎn)品組合致力于最大限度地減少我們 IC 的自生噪聲和過濾來自上游源的噪聲。如果不加以緩解，這種噪聲會對醫(yī)療設備和通信基礎設施等敏感應用的性能產(chǎn)生負面影響。低噪聲在為精密電路供電的電源中尤為重要，例如模數(shù)轉換器 (ADC)、模擬前端和 IC 時鐘。

隔離提高安全性

在人類和機器不斷交互的世界中，隔離很重要。隔離——在實現(xiàn)信號和/或電源交換的同時提供保護的屏障——對于高壓系統(tǒng)的可靠和安全運行至關重要。例如，像 TI 的UCC14240-Q1這樣的隔離式 DC/DC 偏置電源模塊可用于 EV 牽引逆變器，為柵極驅動器供電，同時仍保持高壓域和汽車底盤之間的隔離。隔離技術可以提高系統(tǒng)可靠性、減小外形尺寸并簡化最終產(chǎn)品的 EMI 合規(guī)性。

— Jeffrey Morroni 是德州儀器 (TI) 的企業(yè)研發(fā)團隊 Kilby Labs 的電源管理總監(jiān)。