隨著智能音響、智能家電、無線傳感網絡的廣泛普及，業界對放大器產品在電池和系統的使用壽命、更小尺寸封裝、增強系統性能表現等方面提出了新的要求。TI放大器產品部副總裁兼總經理Amichai Ron認為未來的放大器發展趨勢將呈現以下三種趨勢：更具感知力;更具性能表現;更多功能。
Amichai展示放大器芯片
TI在2017年底曾推出過業界首款兼具超高精度和領先業內的超低電源電流運算放大器LPV821，這款零漂移、毫微功率運算放大器具有出色的精度，可幫助工程師獲得極高的直流精度，且功耗比同類零漂移器件低60%，非常適用於無線傳感節點、家庭和工廠自動化設備以及便攜式電子設備。
TI的零漂移技術提供了10μV的低初始失調電壓和0.02μV/°C的失調電壓漂移，消除了溫度漂移和閃爍噪聲，使工程師能夠獲得優良的直流精度和動態誤差校正。Amichai Ron 解釋說，傳統的做法是做匹配電路對稱，但匹配電阻的對稱性要求很高。另一個做法是用數字技術實現，但容易增加功耗，而TI的優勢就在於能夠將數字和模擬技術進行完美的結合。
日前，TI再接再厲，又相繼推出了超小型運算放大器TLV9061和低功率比較器TLV7011，佔用空間僅為0.64mm2。作為首款使用X2SON封裝的放大器，TLV9061和TLV7011能夠幫助工程師減少系統尺寸及成本，同時在多樣的物聯網、個人電子及工業應用中保持高性能，具體包括手機、可穿戴設備、光學模塊、電機驅動、智能電網和電池供電系統等。
外形小巧但功能強大：超小型放大器在複雜系統設計中展現優異性能
由於具有高達10MHz的增益帶寬，6.5V/µs的轉換速率及10nV/√Hz的低噪聲譜密度，TLV9061運算放大器適用於高帶寬、高性能系統。TLV7011系列毫微功耗比較器反應迅速，傳播延遲僅為260ns且能耗比同類比較器低50%。此外，這兩款器件都支持在低至1.8V低壓操作下的軌至軌輸入模式，使之更易於在電池供電應用中運行。
利用TLV9061運算放大器 在小空間內實現高性能
• 降低系統尺寸及成本：除了小巧的外形之外，TLV9061運算放大器集成EMI濾波輸入，可以幫助易受射頻噪音影響的系統保持穩定的性能，並大幅降低對外部離散電路的需求。
• 更高的直流精度：工作溫度範圍從-40至125攝氏度，具有低於同類產品兩倍的偏移漂移和典型輸入偏置，提供一個更加精確的信號鏈解決方案。
利用TLV7011系列比較器實現更低的功率和更快的響應速度
• 更小的佔用空間，更多的功能：在過驅輸入時不會產生相位反轉和內部遲滯，能夠提升系統設計的靈活性並降低對外部組件的需求。
• 能耗降低50%：具有335nA低功耗及260ns低傳播延遲的TLV7011系列毫微功耗比較器，能夠實現低功耗系統中的監測信號並快速做出反應。
“模擬電路設計不單單隻依靠IC設計，工藝、製造、封裝等都在其中扮演著非常重要的角色。”Amichai Ron說TI未來將會繼續致力於研發小尺寸、低功耗、高電壓、以及適用於汽車應用的放大器產品。
在使用TLV9061運算放大器和TLV7011系列比較器時，設計人員可以下載TINA-TI SPICE模型模擬設計並預測電路反應。工程師也可以使用TLV9061 運算放大器快速啟動小型有刷直流伺服驅動器設計，而且還可藉助10.8-V/15-W, >90%效能, 2.4cm2的功率級參考設計。同時，還可以在TI商店和授權經銷商處獲取的DIP適配器評估模塊，簡單快速地評估TLV7011比較器。
如今無論是體積和重量越來越小的筆記本電腦、平板電腦，還是體積越來越大的手機都需要體積更小、充電更快的充電器。不過可以有效地將交流電轉換為直流電並且只需要很少的元件的反激式轉換器作為首選拓撲結構限制了充電器的體積，電源適配器的發展也到了臨界點，那麼有源鉗位反激式芯片組能否打破體積限制?
德州儀器(TI)亞洲區模擬產品業務拓展總監吳渭強在深圳舉行的媒體說明會上表示：“智能手機不僅需要體積更小，也需要更大功率的充電器，而有源鉗位反激能以更小空間釋放更電力。具體來說，有源鉗位反激消除開關損耗並降低EMI，以適當的控制鉗位，實現零電壓開關(ZVS);其次可以提升效率，通過循環洩漏能量並將其傳遞到輸出端而不是耗散以實現高於傳統反激式轉換器的效率;最後可以實現更高的功率密度更低的開關能耗使開關頻率更高，使無源元件體積更小。TI推出的新款芯片組將UCC28780有源鉗位反激式控制器和UCC24612同步整流器控制器相結合，工作頻率高達1MHz，可幫助將AC/DC適配器和USB PD充電器的電源尺寸減半。”
德州儀器(TI)亞洲區模擬產品業務拓展總監吳渭強介紹芯片組的優勢
TI高電壓產品系統及應用工程經理John Stevens進一步表示：“隨著UCC28780+UCC24612芯片組的推出，設計人員可以智能地控制有源鉗位反激，這是現有方案無法實現的。新型有源鉗位反激式解決方案可在AC/DC適配器和USB電源輸送充電器中實現高達1MHz的高效運行。1MHz是一個非常重要的指標，這意味著適配器尺寸可縮小50%。當然，TI也是率先推出該類產品的公司。”
TI高電壓產品系統及應用工程經理John Stevens
據介紹，UCC28780+UCC24612的優勢主要體現在三個方面：1、功率密度加倍，精確的可編程過功率保護提供統一的散熱設計，以實現高功率密度;2、高效率，多模式控制可實現高效率，超過歐洲CoC Tier2和美國DoE Level VI效率標準;3、簡化設計，通過使用自適應ZVS控制等功能，工程師可以通過組合電阻設置輕鬆設計系統。通過數據更能直觀說明該芯片組的優勢，芯片組可使佔用的空間縮小50%，滿載負荷效率達到95%，待機能耗小於40mW。
當然，芯片組所體現出的優勢與每個芯片的特性也密不可分。其中，UCC28780頻率可達1MHz，並同時支持GaN或Si FET，創新ZVS算法提供一流效率，還具有先進的保護功能，可以實現高頻率無散熱器。對於UCC28780為何能做到高頻無散熱器的疑問，吳渭強先生為華強電子網記者解答時表示：“控制器的熱量主要來自於損耗，有源鉗位可存儲能量並將其傳輸至輸出，而非通過在電阻-電容-二極管或齊納鉗位中消耗能量來應對漏感。智能控制鉗位還提供零電壓開關。這樣消除了兩大主要損耗來源，讓損耗最小並通過循環洩漏能量提高效率從而可以實現高頻無散熱器，尺寸也得以大大減小。”UCC24612控制器Si FET支持高達1MHz的頻率，寬電壓操作範圍最高支持200V，智能控制提供了接近理想的二極管仿真系統，實現高性能，簡化設計。
UCC28780+UCC24612與UCC28056 PFC控制器搭配應用
John Stevens還表示：“TI致力於提供從輸入到輸出的一整套解決方案，最大限度滿足工程師的需求。因此針對75W以上的設計，設計人員還可以將芯片組與一個新的6引腳PFC控制器UCC28056配對，以達到所有線路電壓在10%負載下實現大於90%的高效率以及最低115Vin時25mW的待機功耗，始終開啟的PFC可以瞬間啟動，減少組件數量讓系統設計更簡單，同時在AC/DC應用中沒有噪聲。”基於UCC28056可以簡化系統設計以及為AC/DC應用提供行業最低待機功耗，其可以應用於數字電視、遊戲臺式電腦、適配器、電動工具和其他AC/DC應用。
目前，工程師可以使用即插即用的EVM評估設計，也可以使用體積只有市面上同類產品三分之一，30W/in3，92%效率，65W USB Type-C PD AC/DC適配器的參考設計快速啟動高壓系統設計。吳渭強也指出，TI的有源鉗位反激芯片組主要針對的是更高功率的新市場，而非傳統的5W或10W的產品，UCC28780+UCC24612芯片組將手機應用作為切入點，未來會拓展到更加廣闊的應用市場。
電源轉換趨勢和要求
媒體說明會的最後，John Stevens還分享了六個電源轉換的趨勢和要求，包括能源效率、分佈式和可再生能源、功率密度、存儲和交付大數據、汽車電氣化、工業自動化。他同時表示，在新的潮流中，TI也通過創新的電源管理IC產品組合繼續推動電源設計。除了上述詳細介紹的產品，近期TI還推出了業界首款6A三級降壓電池充電器bq25910，可將解決方案尺寸減小60%，充電電流增加50%。以及尺寸僅為27mm2的LMZM23601電源模塊，這款產品也是業界最小的36V，1A降壓解決方案。(責編：王瓊芳)
智能手機等移動設備對AC-DC適配器功率增大的需求和尺寸縮小的要求是矛盾的，電源IC廠商必須想出新的辦法，開發出更加小型化的適配器...
近年來，快速充電技術的發展讓智能手機充電速度大幅提升，“充電五分鐘，通話兩小時”更是成為vivo的經典廣告詞。快充技術本質上是提升充電功率，功率需求的增加，意味著產生移動性受限的更大的AD-DC適配器。對於這個趨勢，很多電源IC廠商都致力於開發縮減電源尺寸的方案。
3月19日，TI(德州儀器)新推出市面上第一款量產的UCC28780有源鉗位反激式控制器，以及第一個專門針對有源鉗位反激式控制器設計的同步整流器控制器，UCC24612。這兩者的結合能將開關的工作頻率提高到1MHz，幫助將AC/DC適配器和USB PD充電器的電源尺寸減半。
TI高壓電源解決方案副總裁Steve Lambouses表示：“消費者希望以更小的尺寸實現更快速的充電，這些新解決方案不僅能夠實現這一目標，而且還能使設計人員以更低的功耗實現比之前更多的功能。”
有源鉗位反激:以更小空間釋放更多電力
對於AC-DC電源，由於簡單，反激式轉換器是首選的拓撲結構。理論上來說，開關頻率越高電源的尺寸越小，因為縮減了變壓器以及電容電感等無源器件的體積。但實際上，太高的開關頻率會導致更多的變壓器漏感，以熱能的方式散發出來，不但影響轉換效率，還易損壞元器件。因此，市面上的反激式開關電源的工作頻率大多在幾十KHZ，而此次TI發佈了高達1MHZ的UCC28780有源鉗位反激式控制器。與UCC28780一同搭配的是UCC24612同步整流控制器，同樣支持高達1MHZ的開關頻率。
“準諧振反激器一直是首選的拓撲結構，以往業界都是通過減小變壓器漏感來縮減電源尺寸。直到現在，我們認為有源鉗位反激打破了這個平衡，有源鉗位可存儲能量並將其傳輸至輸出，並提供零電壓開關，這樣消除了兩大主要損耗來源，使得尺寸大大縮小。”TI系統及應用工程經理John Stevens說道。
圖：John Stevens 先生在介紹有源鉗位反激式芯片組
但細節是關鍵，因為如果有源鉗位得不到智能控制，它實際效果會變差。為此，TI專門為有源鉗位反激電路開發了高達1MHZ的智能控制器UCC28780，讓反激式電源以更小的外形尺寸達到高性能。
UCC28780+ UCC24612的優勢主要體現在以下三個方面：
第一， 消除開關損耗並降低EMI，以適當的控制鉗位，實現零電壓開關。值得一提的是，零電壓開關(ZVS)技術被視為由高頻及更高效率要求而帶來的所有挑戰的應對妙法，其原理是在零電壓下導通，在零電流下關斷，以消除所有開關損耗。
但在實際應用中，電路設計者只能估算何時出現零電壓和零電流，因而零電壓開關很難實現完美同步。John Stevens表示，UCC28780通過創新的ZVS算法可以精準地抓取零點電壓，進而降低開關損耗，這是TI獨到的優勢。
此外，UCC28780還支持氮化鎵(GaN)場效應晶體管(FET)，進一步降低輸出電容和導通電阻，縮減適配器尺寸。據瞭解，採用了GaN場效應晶體管的有源鉗位反激式電路的轉換效率高達94%-95%，大約比普通的硅基場效應晶體管提升了2%的效率。
第二，小尺寸。更低的開關損耗讓該芯片組可在高達1MHz的頻率下實現高效運行，可以縮減變壓器、無源器件的體積，並省去了散熱片。與目前的解決方案相比，可將整體尺寸縮小50%，而且功率密度更高。
第三，高效率。通過循環洩露能量並將其傳遞到輸出端的方式提升效率，多模態控制在滿載情況下可實現高達95%的效率，待機功耗小於40mW，超過CoC Tier 2和美國能源部(DoE)VI級能效標準。
圖：吳渭強先生在介紹有源鉗位反激式芯片組的優勢
據瞭解，TI新推出的有源鉗位反激式芯片組支持20W-150W的功率範圍，主要面向高功率的市場。其中，對於75W以上的功率需求，TI還提供了一款UCC28056 PFC控制器。由於PFC(功率因子校正)的增加會降低轉換效率，UCC28056可在10%負載下實現超過90%的效率，並且只有25mW的待機功耗，因而可以始終開啟，減少元器件數量。UCC28056主要面向的市場是數字電視、臺式電腦、筆記本適配器、電動工具和其他AC/DC應用。
最後，TI還展示了UCC28780EVM、UCC24612EVM這兩款開發板，售價為499美元和100美元。而針對目前市場火爆的USB Type-C AC-DC適配器，TI還有一款65W的參考設計，具有85-265V AC的寬輸入電壓範圍，該設計以非常高的開關頻率和30W/in3的功率密度實現92%的峰值效率。
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