SWIFTTM直流/直流轉(zhuǎn)換器家族是德州儀器針對(duì)36V以上電壓的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品，該家族產(chǎn)品不斷擴(kuò)充，如今已經(jīng)形成了從2A-40A電流的工作電流覆蓋。

德州儀器（TI）模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理趙向源

日前，德州儀器（TI）模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理趙向源又向媒體介紹兩款SWIFT家族的最新產(chǎn)品TPS548D22和TSP54A20，這是兩款電流能力更高、高功率密度提升到極限的新產(chǎn)品。TPS548D22是TI 推出的業(yè)界第一顆單相的降壓處理器，可以處理40-A的持續(xù)負(fù)載電流。TSP54A20特點(diǎn)是12-V、10-A，創(chuàng)新點(diǎn)是可以做到10-MHz工作頻率，這是此前業(yè)界沒(méi)有的。

最新SWIFTTM直流/直流轉(zhuǎn)換器家族產(chǎn)品圖譜

多核計(jì)算給電源提出新需求

       趙向源表示，DSP需要更多的電壓值，不同的DSP對(duì)電壓的要求是不一樣的。DSP、FPGA、ASIC是做集體數(shù)據(jù)處理的，手機(jī)的處理器現(xiàn)在是2核、4核、8核，核數(shù)越來(lái)越高、工作頻率越來(lái)越高，意味著功率越來(lái)越大、電流越來(lái)越大。針對(duì)這些產(chǎn)品，電流是比較大的。

       還有第二個(gè)要求。在處理數(shù)據(jù)的時(shí)候不可能穩(wěn)定在一個(gè)工作頻率，不可能一直是最高功率的工作，因?yàn)檫@對(duì)它的功耗沒(méi)有好處。但是，也不能最低功耗、最小頻率的工作，這不能完全體現(xiàn)它的特性。說(shuō)明它的工作頻率、處理能力是在不斷動(dòng)態(tài)變化的。體現(xiàn)在電源上，就是對(duì)電源的負(fù)載能力要求是變化的，要求每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的工作電流是不一樣的。工作電流是實(shí)時(shí)變化的。電流變化的時(shí)候，輸出電壓不能變，體現(xiàn)的就是負(fù)載調(diào)整率的問(wèn)題。不管電流怎么變，電壓要保持穩(wěn)定。這也是對(duì)DSP、FPGA的挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)工作電流較大的時(shí)候。有時(shí)候工作電流在1安培、2安培，有時(shí)候是20安培、30安培，在電流跳變的情況下，怎么保證輸出電壓的穩(wěn)定性，這是針對(duì)DSP等處理器的電源特殊要求，要快速響應(yīng)比較好的負(fù)載調(diào)整率。

因?yàn)樗妮斎腚妷旱停斯╇娍赡芫褪?V、0.8V、0.9V，甚至更低，這對(duì)電壓有高精度的要求。不可能設(shè)定0.8V，一會(huì)兒跳到0.7、0.9。因?yàn)殡妷翰煌馕吨ぷ黝l率是在改變的，不能因?yàn)殡娫从绊懼魈幚砥鞯墓ぷ鳌Ｊ且驗(yàn)橹魈幚砥餍枰嗌俟β剩妷汗┒嗌俟β剩荒芤驗(yàn)殡娫吹淖兓绊懼魈幚砥鳎虼诉@要求輸出電壓比較精準(zhǔn)。

高功率密度和高可靠性

DSP、FPGA優(yōu)化的就是電流能力？如何做大電流？如何提高負(fù)載調(diào)整率？如何在電流負(fù)載變化的時(shí)候要保證電壓穩(wěn)定？如何保證輸出電壓的精度？

多電壓和大電流等需求就給電源轉(zhuǎn)換器提出新挑戰(zhàn)。

比如高功率密度。怎么體現(xiàn)高功率密度？尺寸要做小、電流要做大。要想做這么大的高功率密度，意味著要在很小的尺寸、很小的封裝里處理很大的能量，這對(duì)效率有很高的要求。效率不高，損耗變大，如何處理熱？也無(wú)從談起在小封裝里處理熱。如果要提高功率密度，也就是要把尺寸變小，封裝技術(shù)肯定要不一樣，才能讓整體的芯片變小。我要處理更大的電流能力、更高的效率，同時(shí)放在很小的封裝里，這樣才能體現(xiàn)高功率密度。

另外一個(gè)特性是高性能，指的是輔助特性、更全的保護(hù)。因?yàn)橛迷诠I(yè)環(huán)境里，甚至用在汽車(chē)?yán)铮踩⒖煽俊⒎€(wěn)定肯定是芯片首要考慮的。趙向源表示，我們要放很多的域量、保護(hù)，包括電流的保護(hù)、電壓的保護(hù)、溫度的保護(hù)，處理各種故障信息。

趙向源還提到德州儀器的PMBus選配方案，PMBus就是比較簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)易的數(shù)字電源。PMBus來(lái)源于數(shù)字通信的協(xié)議，只是簡(jiǎn)單處理，專(zhuān)門(mén)優(yōu)化成針對(duì)電源的協(xié)議，也就是數(shù)字電源。既然是數(shù)字電源，一般情況下都會(huì)開(kāi)發(fā)與之配套的簡(jiǎn)易圖形界面。大家通過(guò)這個(gè)圖形界面，可以在里面輸出配置信息、編程，甚至可以主動(dòng)采集外界的信號(hào)，包括電壓信號(hào)、電流信號(hào)、溫度信號(hào)，做電源管理、熱管理、故障管理，這就是數(shù)字電源的好處。工業(yè)4.0需要自動(dòng)化、智能化，肯定離不開(kāi)電源的數(shù)字化。

TPS548D22：?jiǎn)蜗嘟祲嚎商峁?0A負(fù)載電流

目前，給40A的負(fù)載提供電流已經(jīng)很常見(jiàn)了，在TPS548D22出現(xiàn)之前業(yè)界的轉(zhuǎn)換器單相均可以支持最高35A的電流，因此需要兩路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)40A負(fù)載電流的支持，這意味著控制是分兩端，外圍需要兩套器件，特別是需要兩個(gè)電感。整個(gè)系統(tǒng)里，磁性元器件的體積是最大的，要兩個(gè)電感，最終電源部分導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)小型化。

趙向源表示，德州儀器的工程師考慮推出一個(gè)單相40A可以替代市場(chǎng)上傳統(tǒng)的多相方案，目的還是為了減小尺寸、提高功率密度。

這就需要開(kāi)發(fā)出全面集成的單相同步轉(zhuǎn)換器。為什么提到全面集成？前面講到有兩個(gè)電感的，業(yè)界還有一個(gè)方案就是用控制器，外面掛很多MOSFET管。這也是一種方案。這個(gè)方案的電流處理能力很強(qiáng)，非常簡(jiǎn)單。但是，問(wèn)題是它是分離的方案，一個(gè)控制器外面掛這么多的MOSFET管，它的體積更大，同時(shí)對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)不是簡(jiǎn)單好用的，不但要選控制器，還要選MOSFET管，而且MOSFET管的處理又是非常復(fù)雜的。

于是我們把MOSFET管集成在芯片里面，推出了第一顆集成MOSFET管的單相處理器，而且持續(xù)達(dá)到40A。

第二個(gè)特點(diǎn)是最高的整體輸出精準(zhǔn)度。DSP等多核處理器的供電需要很高的電壓精度。如果精度不高，電壓變化，那么處理器的處理頻率也會(huì)跟著變化。德州儀器做到了全溫范圍-40度至125度，正負(fù)0.5%。業(yè)界只能做到常溫下的正負(fù)0.5%，或者全溫下1%或1.5%。

為了保證精確度，德州儀器使用了獨(dú)有的差分遠(yuǎn)端檢測(cè)技術(shù)，直接檢測(cè)輸出的最后，直接檢測(cè)負(fù)載端的電壓，進(jìn)行反饋。將PCB走線上的壓降損耗考慮在內(nèi)，讓輸出電壓保持穩(wěn)定。不光是芯片端保持穩(wěn)定，還可以保持系統(tǒng)端的電壓穩(wěn)定。通過(guò)這種技術(shù)可以保證整體的精確度。

第三，這個(gè)產(chǎn)品用到了比較新的控制技術(shù)D-CAP3，從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。

據(jù)趙向源介紹，D-CAP3控制模式可以實(shí)現(xiàn)比較好的動(dòng)態(tài)。對(duì)于傳統(tǒng)的電流模和電壓模，需要補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過(guò)一個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，相當(dāng)于加了一級(jí)濾波，信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生延時(shí)。輸出突然跳變，加了延時(shí)，再反應(yīng)就需要一定時(shí)間，不可能馬上響應(yīng)，為了保持輸入穩(wěn)定，時(shí)間是相當(dāng)長(zhǎng)的。對(duì)于COT來(lái)說(shuō)，不需要補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，負(fù)載的變化可以瞬間感受到，馬上進(jìn)行控制，使負(fù)載控制率非常好。10-A變成20-A、10-A變成40-A，可以馬上感受到，并進(jìn)行調(diào)節(jié)。這也是獨(dú)特的控制模式的優(yōu)點(diǎn)，可以讓外圍更加簡(jiǎn)單、讓負(fù)載調(diào)控更好。大電流、高精度、好的負(fù)載調(diào)控，這就是怎么讓DSP、ASIC更好工作的電源要求。所有的設(shè)計(jì)優(yōu)化都是基于系統(tǒng)要求的。

TPS54A20：以10MHz頻率工作的12V/10A轉(zhuǎn)換器

趙向源很自信地表示，這個(gè)產(chǎn)品的特點(diǎn)是12V、10A，創(chuàng)新是可以做到10MHz頻率，這是業(yè)界沒(méi)有的。它的高功率密度可達(dá)50A/cm3，是目前業(yè)界其它電源解決方案的4倍。

它的占用面積最小，利用TotRod封裝技術(shù)。利用這種封裝，可以將尺寸做得非常小，10A、10MHz，做到3.5MHz小，面積是業(yè)界同類(lèi)產(chǎn)品尺寸的二分之一，小于一半。

第三個(gè)是高度。這個(gè)產(chǎn)品芯片的高度是1mm，整個(gè)方案最高的高度是電感，只有1.2mm。

業(yè)界的水平是什么樣的？如果不用10MHz，只用500K，意味著要用4.8mm額的高度，而TPS54A20只有1.2mm。

趙向源表示，現(xiàn)在刀片式服務(wù)器都是模塊化生產(chǎn)，服務(wù)器的很多處理器都是插卡式的。還有大家比較熟悉的內(nèi)存卡，也是插進(jìn)去的。器件只能放在板子的一面，另外一面是不能放東西的。因?yàn)榱硗庖幻娣艝|西就插不進(jìn)去。針對(duì)這個(gè)情況，TPS54A20做到了業(yè)界最小的1.2mm，使可插槽變成可能，背面也可以放產(chǎn)品，這樣讓系統(tǒng)板的尺寸變得更小。

最后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是最高的運(yùn)行頻率。對(duì)于12-V、10-A的產(chǎn)品，業(yè)界比較多的就是500KHz，最高是1MHz，直接用到了10MHz，是用比較新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)產(chǎn)品的關(guān)鍵是功率密度是業(yè)界的4倍，而且是高度最低的，也是業(yè)界的四分之一。

趙向源表示，我們使用的是比較獨(dú)特的控制模式。這是一個(gè)降壓控制器，在里面加了一個(gè)串聯(lián)電容，這是跟業(yè)界其它降壓處理器不同的地方。不要小看這一個(gè)電容。加了這一個(gè)電容，才能實(shí)現(xiàn)10-MHz，才能做到高效、高頻。

首先，加了10-MHz，電容的電壓只需要是輸出電壓的二分之一，比如12V轉(zhuǎn)1V，電容電壓只有6V，因此MOSFET管上的電壓只需要6V，這給系統(tǒng)帶來(lái)的效率更高，安全性也更高。

第二，我們的產(chǎn)品是兩相的，只需要兩個(gè)電感，兩相是交錯(cuò)工作的，頻率是10MHz，對(duì)于每一相來(lái)說(shuō)，只需要5MHz，也可以?xún)?yōu)化效率。因?yàn)镵方頻率過(guò)高，意味著損耗更多。通過(guò)這種工作模式，電壓降低，頻率下降5MHz也成為可能。

這個(gè)芯片是德州儀器的專(zhuān)利技術(shù)，把最小導(dǎo)程時(shí)間做到了14納秒，目前業(yè)界最低水平也就是30納秒。只有做到14納秒才能讓10MHz成為可能。10MHz意味著每個(gè)K方周期只需要100納秒，如果是12V轉(zhuǎn)1V，小于十分之一，導(dǎo)程時(shí)間只有十幾、二十個(gè)納秒。

       趙向源最后總結(jié)到，這兩個(gè)產(chǎn)品都是德州儀器在電源管理領(lǐng)域創(chuàng)新的表現(xiàn)，利用創(chuàng)新技術(shù)引領(lǐng)整個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新。產(chǎn)品的創(chuàng)新最終體現(xiàn)在終端客戶產(chǎn)品的創(chuàng)新，終端客戶產(chǎn)品的創(chuàng)新改變著每個(gè)人的生活，這是我們的初衷。