電源管理芯片是現(xiàn)代電子產(chǎn)品和設(shè)備不可或缺的關(guān)鍵器件。同時(shí)，伴隨著越來越多的傳統(tǒng)終端開始向電氣化和智能化方向發(fā)展，這就為電源管理芯片帶來了巨大的商機(jī)。天風(fēng)證券的報(bào)告中指出，目前，電源管理芯片主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子和工業(yè)控制等領(lǐng)域。汽車電子領(lǐng)域雖然現(xiàn)在所占市場份額較小，但是近年來其發(fā)展速度卻不容忽視。

　　根據(jù)這種市場發(fā)展趨勢，近年來，致力于電源管理芯片的廠商也開始從低端消費(fèi)電子開始向汽車領(lǐng)域靠攏。但對于車用半導(dǎo)體來說，耐高溫以及更大功率是他們對相關(guān)器件的需求。這些越來越高的要求也使得氮化鎵登上了電源管理芯片的舞臺(tái)，成為了新一代電子信息技術(shù)革命中的關(guān)鍵一環(huán)。

　　電源管理芯片的關(guān)鍵指標(biāo)

　　提到電源管理芯片，就不得不提這個(gè)領(lǐng)域中的行業(yè)龍頭——TI。早在2010年，TI就開啟了在氮化鎵領(lǐng)域的探究。在這十年當(dāng)中，TI不僅增加了其在工業(yè)、電信、服務(wù)器和個(gè)人電子產(chǎn)品中的應(yīng)用，還完成了超過4000萬小時(shí)的可靠性測試。

　　據(jù)其官方資料介紹，TI歷經(jīng)十多年的投資和開發(fā)，提供了獨(dú)有的整體解決方案——將內(nèi)部硅基氮化鎵（GaN-on-Si）器件的生產(chǎn)、封裝與優(yōu)化的硅基驅(qū)動(dòng)器技術(shù)相結(jié)合，從而能在新應(yīng)用中成功采用GaN。

　　TI指出，隨著功率需求的增加，電路板面積和厚度日益成為限制因素。電源設(shè)計(jì)人員必須向其應(yīng)用中集成更多的電路，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化，并提高效率和增強(qiáng)熱性能。在TI看來，功率密度、低EMI、低IQ、低噪聲高精度與隔離功能是未來電源管理芯片發(fā)展的五個(gè)重要因素。

　　德州儀器高壓電源應(yīng)用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部氮化鎵功率器件產(chǎn)品線經(jīng)理Steve Tom表示：“TI GaN所關(guān)注的是如何提供并在應(yīng)用中達(dá)到更高的功率密度。如果你仔細(xì)觀察周圍的世界會(huì)發(fā)現(xiàn)，電源管理是非常重要的，包括現(xiàn)在在汽車和工廠里面的應(yīng)用，以及在更智能更小巧的消費(fèi)品中，電源管理無處不在。”

　　通過在先進(jìn)工藝以及封裝等方面的探索，TI在其電源管理芯片的功率密度上得到了突破。根據(jù)TI官網(wǎng)介紹，TI 功率密度技術(shù)的主要優(yōu)勢包括：

　　產(chǎn)熱更少：借助我們先進(jìn)的器件和氮化鎵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)出色的器件開關(guān)性能。

　　熱性能更好：利用先進(jìn)的冷卻技術(shù)（包括增強(qiáng)型 HotRod? QFN 封裝、電源晶圓芯片級(jí)封裝和頂部散熱），幫助封裝體散熱。

　　效率更高：借助多級(jí)轉(zhuǎn)換器拓?fù)浜拖冗M(jìn)的功率級(jí)柵極驅(qū)動(dòng)器，使用較小的無源器件實(shí)現(xiàn)較高的開關(guān)頻率，同時(shí)又不影響效率。

　　更小的系統(tǒng)占用空間：利用高級(jí)的多芯片模塊技術(shù)，節(jié)省布板空間、簡化電路板布局并降低寄生效應(yīng)的影響。

　　汽車 GaN FET將帶來什么改變

　　從早些時(shí)候TI公布的氮化鎵發(fā)展路線圖中，我們便得以發(fā)現(xiàn)，其氮化鎵產(chǎn)品將要向汽車、電網(wǎng)存儲(chǔ)和太陽能等領(lǐng)域發(fā)展。

　　根據(jù)這一發(fā)展計(jì)劃，日前，TI推出了其面向汽車和工業(yè)應(yīng)用的下一代650V和600V氮化鎵（GaN）場效應(yīng)晶體管（FET），進(jìn)一步豐富拓展了其高壓電源管理產(chǎn)品線。其中，LMG3525R030-Q1是其首款帶集成驅(qū)動(dòng)器、內(nèi)部保護(hù)和有源電源管理的車用GaN FET。

　　根據(jù)其官方資料介紹，與現(xiàn)有解決方案相比，新的GaN FET系列采用快速切換的2.2 MHz集成柵極驅(qū)動(dòng)器，可為工程師提供兩倍的功率密度和高達(dá)99％的效率，并將電源磁性器件的尺寸減少59％。據(jù)介紹，該款新產(chǎn)品也是TI針對氮化鎵產(chǎn)品的戰(zhàn)略性投資。

　　在本次發(fā)布會(huì)當(dāng)中，Steve Tom特別強(qiáng)調(diào)了LMG3525R030-Q1的集成驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢。他指出，對比離散的解決方案，集成驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)高速的切換頻率以及較大的壓擺率。他預(yù)測，這些優(yōu)勢可以為汽車提供更快的充電時(shí)間，更高的可靠性以及更低的成本。所以，這些可以在系統(tǒng)長期穩(wěn)定性、可靠性方面，為汽車解決方案提供很大的優(yōu)勢。

　　據(jù)悉，采用TI GaN FET的封裝產(chǎn)品，其熱阻抗比性能最接近的同類產(chǎn)品還要低23％，因此可使工程師使用更小的散熱器，同時(shí)簡化散熱設(shè)計(jì)。無論應(yīng)用場景如何，這些新器件均可提供更大的散熱設(shè)計(jì)靈活性，并可選擇底部或頂部冷卻封裝。此外，F(xiàn)ET集成的數(shù)字溫度報(bào)告功能還可實(shí)現(xiàn)有源電源管理，從而使工程師能在多變的負(fù)載和工作條件下優(yōu)化系統(tǒng)的熱性能。

　　Steve Tom表示：“之前GaN對于市場同類產(chǎn)品的優(yōu)勢，除了之前提到的關(guān)于成本、供應(yīng)鏈、可靠性之外，最大的優(yōu)勢來自于集成，因?yàn)榧煽梢宰屝酒兊梅浅Ｖ悄?，可以通過現(xiàn)在FET所處的環(huán)境、電流和溫度進(jìn)行相應(yīng)的措施，這不僅可以讓可靠性更提高一個(gè)等級(jí)，并且可以使得電源設(shè)計(jì)者省去很多設(shè)計(jì)所需要的步驟。所以，我們的產(chǎn)品與市場同類產(chǎn)品相比最大的優(yōu)勢是集成了驅(qū)動(dòng)和保護(hù)，使得我們是一個(gè)更智能的產(chǎn)品，而不僅僅是一個(gè)GaN FET?！?/p>

　　對于汽車方面需要非常多層級(jí)的電源轉(zhuǎn)化，車載充電器可能是一方面，進(jìn)行一個(gè)AC/DC 的PFC轉(zhuǎn)換，另外還有GaN可以被應(yīng)用在高壓的DC/DC的轉(zhuǎn)化方面，因?yàn)槠囀钦w需要非常多層級(jí)的電源轉(zhuǎn)化，所以GaN可以被應(yīng)用在汽車的許多方面。

　　向工業(yè)領(lǐng)域繼續(xù)拓展

　　除了在汽車領(lǐng)域有所突破外，工業(yè)領(lǐng)域也是TI GaN FET的另一個(gè)發(fā)展方向。LMG3425R030便是TI針對工業(yè)領(lǐng)域推出的新產(chǎn)品。

　　TI指出，在工業(yè)設(shè)計(jì)中，LMG3425R030可在更低功耗和更小電路板空間占用的情況下，在AC/DC電力輸送應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更高的效率和功率密度。

　　這款LMG3425R030在工業(yè)中具有非常廣泛的應(yīng)用，包括5G、電信、服務(wù)器等領(lǐng)域，同樣，在電源AC/DC轉(zhuǎn)換中也擁有非常廣泛的應(yīng)用場景。Steve Tom表示介紹：“通常在傳統(tǒng)的應(yīng)用中，在非常高的效率、功率密度以及非常低的成本中必須要有所取舍。但是，GaN可以達(dá)到99%的效率，同時(shí)在成本方面，氮化鎵器件也十分具有競爭力。”

　　此外LMG3425R030的集成化設(shè)計(jì)還可以進(jìn)行熱監(jiān)測，在過溫的時(shí)候提供保護(hù)。該器件也可以在集成驅(qū)動(dòng)中也可以監(jiān)測電流，在過流或者短路的時(shí)候，其GaN FET可以啟動(dòng)自我保護(hù)程序。