随着智能音响、智能家电、无线传感网络的广泛普及，业界对放大器产品在电池和系统的使用寿命、更小尺寸封装、增强系统性能表现等方面提出了新的要求。TI放大器产品部副总裁兼总经理Amichai Ron认为未来的放大器发展趋势将呈现以下三种趋势：更具感知力;更具性能表现;更多功能。
Amichai展示放大器芯片
TI在2017年底曾推出过业界首款兼具超高精度和领先业内的超低电源电流运算放大器LPV821，这款零漂移、毫微功率运算放大器具有出色的精度，可帮助工程师获得极高的直流精度，且功耗比同类零漂移器件低60%，非常适用于无线传感节点、家庭和工厂自动化设备以及便携式电子设备。
TI的零漂移技术提供了10μV的低初始失调电压和0.02μV/°C的失调电压漂移，消除了温度漂移和闪烁噪声，使工程师能够获得优良的直流精度和动态误差校正。Amichai Ron 解释说，传统的做法是做匹配电路对称，但匹配电阻的对称性要求很高。另一个做法是用数字技术实现，但容易增加功耗，而TI的优势就在于能够将数字和模拟技术进行完美的结合。
日前，TI再接再厉，又相继推出了超小型运算放大器TLV9061和低功率比较器TLV7011，占用空间仅为0.64mm2。作为首款使用X2SON封装的放大器，TLV9061和TLV7011能够帮助工程师减少系统尺寸及成本，同时在多样的物联网、个人电子及工业应用中保持高性能，具体包括手机、可穿戴设备、光学模块、电机驱动、智能电网和电池供电系统等。
外形小巧但功能强大：超小型放大器在复杂系统设计中展现优异性能
由于具有高达10MHz的增益带宽，6.5V/µs的转换速率及10nV/√Hz的低噪声谱密度，TLV9061运算放大器适用于高带宽、高性能系统。TLV7011系列毫微功耗比较器反应迅速，传播延迟仅为260ns且能耗比同类比较器低50%。此外，这两款器件都支持在低至1.8V低压操作下的轨至轨输入模式，使之更易于在电池供电应用中运行。
利用TLV9061运算放大器 在小空间内实现高性能
• 降低系统尺寸及成本：除了小巧的外形之外，TLV9061运算放大器集成EMI滤波输入，可以帮助易受射频噪音影响的系统保持稳定的性能，并大幅降低对外部离散电路的需求。
• 更高的直流精度：工作温度范围从-40至125摄氏度，具有低于同类产品两倍的偏移漂移和典型输入偏置，提供一个更加精确的信号链解决方案。
利用TLV7011系列比较器实现更低的功率和更快的响应速度
• 更小的占用空间，更多的功能：在过驱输入时不会产生相位反转和内部迟滞，能够提升系统设计的灵活性并降低对外部组件的需求。
• 能耗降低50%：具有335nA低功耗及260ns低传播延迟的TLV7011系列毫微功耗比较器，能够实现低功耗系统中的监测信号并快速做出反应。
“模拟电路设计不单单只依靠IC设计，工艺、制造、封装等都在其中扮演着非常重要的角色。”Amichai Ron说TI未来将会继续致力于研发小尺寸、低功耗、高电压、以及适用于汽车应用的放大器产品。
在使用TLV9061运算放大器和TLV7011系列比较器时，设计人员可以下载TINA-TI SPICE模型模拟设计并预测电路反应。工程师也可以使用TLV9061 运算放大器快速启动小型有刷直流伺服驱动器设计，而且还可借助10.8-V/15-W, >90%效能, 2.4cm2的功率级参考设计。同时，还可以在TI商店和授权经销商处获取的DIP适配器评估模块，简单快速地评估TLV7011比较器。
如今无论是体积和重量越来越小的笔记本电脑、平板电脑，还是体积越来越大的手机都需要体积更小、充电更快的充电器。不过可以有效地将交流电转换为直流电并且只需要很少的元件的反激式转换器作为首选拓扑结构限制了充电器的体积，电源适配器的发展也到了临界点，那么有源钳位反激式芯片组能否打破体积限制?
德州仪器(TI)亚洲区模拟产品业务拓展总监吴渭强在深圳举行的媒体说明会上表示：“智能手机不仅需要体积更小，也需要更大功率的充电器，而有源钳位反激能以更小空间释放更电力。具体来说，有源钳位反激消除开关损耗并降低EMI，以适当的控制钳位，实现零电压开关(ZVS);其次可以提升效率，通过循环泄漏能量并将其传递到输出端而不是耗散以实现高于传统反激式转换器的效率;最后可以实现更高的功率密度更低的开关能耗使开关频率更高，使无源元件体积更小。TI推出的新款芯片组将UCC28780有源钳位反激式控制器和UCC24612同步整流器控制器相结合，工作频率高达1MHz，可帮助将AC/DC适配器和USB PD充电器的电源尺寸减半。”
德州仪器(TI)亚洲区模拟产品业务拓展总监吴渭强介绍芯片组的优势
TI高电压产品系统及应用工程经理John Stevens进一步表示：“随着UCC28780+UCC24612芯片组的推出，设计人员可以智能地控制有源钳位反激，这是现有方案无法实现的。新型有源钳位反激式解决方案可在AC/DC适配器和USB电源输送充电器中实现高达1MHz的高效运行。1MHz是一个非常重要的指标，这意味着适配器尺寸可缩小50%。当然，TI也是率先推出该类产品的公司。”
TI高电压产品系统及应用工程经理John Stevens
据介绍，UCC28780+UCC24612的优势主要体现在三个方面：1、功率密度加倍，精确的可编程过功率保护提供统一的散热设计，以实现高功率密度;2、高效率，多模式控制可实现高效率，超过欧洲CoC Tier2和美国DoE Level VI效率标准;3、简化设计，通过使用自适应ZVS控制等功能，工程师可以通过组合电阻设置轻松设计系统。通过数据更能直观说明该芯片组的优势，芯片组可使占用的空间缩小50%，满载负荷效率达到95%，待机能耗小于40mW。
当然，芯片组所体现出的优势与每个芯片的特性也密不可分。其中，UCC28780频率可达1MHz，并同时支持GaN或Si FET，创新ZVS算法提供一流效率，还具有先进的保护功能，可以实现高频率无散热器。对于UCC28780为何能做到高频无散热器的疑问，吴渭强先生为华强电子网记者解答时表示：“控制器的热量主要来自于损耗，有源钳位可存储能量并将其传输至输出，而非通过在电阻-电容-二极管或齐纳钳位中消耗能量来应对漏感。智能控制钳位还提供零电压开关。这样消除了两大主要损耗来源，让损耗最小并通过循环泄漏能量提高效率从而可以实现高频无散热器，尺寸也得以大大减小。”UCC24612控制器Si FET支持高达1MHz的频率，宽电压操作范围最高支持200V，智能控制提供了接近理想的二极管仿真系统，实现高性能，简化设计。
UCC28780+UCC24612与UCC28056 PFC控制器搭配应用
John Stevens还表示：“TI致力于提供从输入到输出的一整套解决方案，最大限度满足工程师的需求。因此针对75W以上的设计，设计人员还可以将芯片组与一个新的6引脚PFC控制器UCC28056配对，以达到所有线路电压在10%负载下实现大于90%的高效率以及最低115Vin时25mW的待机功耗，始终开启的PFC可以瞬间启动，减少组件数量让系统设计更简单，同时在AC/DC应用中没有噪声。”基于UCC28056可以简化系统设计以及为AC/DC应用提供行业最低待机功耗，其可以应用于数字电视、游戏台式电脑、适配器、电动工具和其他AC/DC应用。
目前，工程师可以使用即插即用的EVM评估设计，也可以使用体积只有市面上同类产品三分之一，30W/in3，92%效率，65W USB Type-C PD AC/DC适配器的参考设计快速启动高压系统设计。吴渭强也指出，TI的有源钳位反激芯片组主要针对的是更高功率的新市场，而非传统的5W或10W的产品，UCC28780+UCC24612芯片组将手机应用作为切入点，未来会拓展到更加广阔的应用市场。
电源转换趋势和要求
媒体说明会的最后，John Stevens还分享了六个电源转换的趋势和要求，包括能源效率、分布式和可再生能源、功率密度、存储和交付大数据、汽车电气化、工业自动化。他同时表示，在新的潮流中，TI也通过创新的电源管理IC产品组合继续推动电源设计。除了上述详细介绍的产品，近期TI还推出了业界首款6A三级降压电池充电器bq25910，可将解决方案尺寸减小60%，充电电流增加50%。以及尺寸仅为27mm2的LMZM23601电源模块，这款产品也是业界最小的36V，1A降压解决方案。(责编：王琼芳)
智能手机等移动设备对AC-DC适配器功率增大的需求和尺寸缩小的要求是矛盾的，电源IC厂商必须想出新的办法，开发出更加小型化的适配器...
近年来，快速充电技术的发展让智能手机充电速度大幅提升，“充电五分钟，通话两小时”更是成为vivo的经典广告词。快充技术本质上是提升充电功率，功率需求的增加，意味着产生移动性受限的更大的AD-DC适配器。对于这个趋势，很多电源IC厂商都致力于开发缩减电源尺寸的方案。
3月19日，TI(德州仪器)新推出市面上第一款量产的UCC28780有源钳位反激式控制器，以及第一个专门针对有源钳位反激式控制器设计的同步整流器控制器，UCC24612。这两者的结合能将开关的工作频率提高到1MHz，帮助将AC/DC适配器和USB PD充电器的电源尺寸减半。
TI高压电源解决方案副总裁Steve Lambouses表示：“消费者希望以更小的尺寸实现更快速的充电，这些新解决方案不仅能够实现这一目标，而且还能使设计人员以更低的功耗实现比之前更多的功能。”
有源钳位反激:以更小空间释放更多电力
对于AC-DC电源，由于简单，反激式转换器是首选的拓扑结构。理论上来说，开关频率越高电源的尺寸越小，因为缩减了变压器以及电容电感等无源器件的体积。但实际上，太高的开关频率会导致更多的变压器漏感，以热能的方式散发出来，不但影响转换效率，还易损坏元器件。因此，市面上的反激式开关电源的工作频率大多在几十KHZ，而此次TI发布了高达1MHZ的UCC28780有源钳位反激式控制器。与UCC28780一同搭配的是UCC24612同步整流控制器，同样支持高达1MHZ的开关频率。
“准谐振反激器一直是首选的拓扑结构，以往业界都是通过减小变压器漏感来缩减电源尺寸。直到现在，我们认为有源钳位反激打破了这个平衡，有源钳位可存储能量并将其传输至输出，并提供零电压开关，这样消除了两大主要损耗来源，使得尺寸大大缩小。”TI系统及应用工程经理John Stevens说道。
图：John Stevens 先生在介绍有源钳位反激式芯片组
但细节是关键，因为如果有源钳位得不到智能控制，它实际效果会变差。为此，TI专门为有源钳位反激电路开发了高达1MHZ的智能控制器UCC28780，让反激式电源以更小的外形尺寸达到高性能。
UCC28780+ UCC24612的优势主要体现在以下三个方面：
第一， 消除开关损耗并降低EMI，以适当的控制钳位，实现零电压开关。值得一提的是，零电压开关(ZVS)技术被视为由高频及更高效率要求而带来的所有挑战的应对妙法，其原理是在零电压下导通，在零电流下关断，以消除所有开关损耗。
但在实际应用中，电路设计者只能估算何时出现零电压和零电流，因而零电压开关很难实现完美同步。John Stevens表示，UCC28780通过创新的ZVS算法可以精准地抓取零点电压，进而降低开关损耗，这是TI独到的优势。
此外，UCC28780还支持氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)，进一步降低输出电容和导通电阻，缩减适配器尺寸。据了解，采用了GaN场效应晶体管的有源钳位反激式电路的转换效率高达94%-95%，大约比普通的硅基场效应晶体管提升了2%的效率。
第二，小尺寸。更低的开关损耗让该芯片组可在高达1MHz的频率下实现高效运行，可以缩减变压器、无源器件的体积，并省去了散热片。与目前的解决方案相比，可将整体尺寸缩小50%，而且功率密度更高。
第三，高效率。通过循环泄露能量并将其传递到输出端的方式提升效率，多模态控制在满载情况下可实现高达95%的效率，待机功耗小于40mW，超过CoC Tier 2和美国能源部(DoE)VI级能效标准。
图：吴渭强先生在介绍有源钳位反激式芯片组的优势
据了解，TI新推出的有源钳位反激式芯片组支持20W-150W的功率范围，主要面向高功率的市场。其中，对于75W以上的功率需求，TI还提供了一款UCC28056 PFC控制器。由于PFC(功率因子校正)的增加会降低转换效率，UCC28056可在10%负载下实现超过90%的效率，并且只有25mW的待机功耗，因而可以始终开启，减少元器件数量。UCC28056主要面向的市场是数字电视、台式电脑、笔记本适配器、电动工具和其他AC/DC应用。
最后，TI还展示了UCC28780EVM、UCC24612EVM这两款开发板，售价为499美元和100美元。而针对目前市场火爆的USB Type-C AC-DC适配器，TI还有一款65W的参考设计，具有85-265V AC的宽输入电压范围，该设计以非常高的开关频率和30W/in3的功率密度实现92%的峰值效率。
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