作为一名经验丰富的马拉松运动员,Kenji Kawano 深知在奋力奔向遥远终点的过程中,耐心和毅力极其重要。开发新技术也可以比作一场马拉松,通过循序渐进的提升和不可避免的挫折,历尽千辛万苦才能取得成功。Kenji 来自日本,是 Kilby Labs(德州仪器的创新突破应用研究实验室)电源部高级经理,曾多次经历这样的过程。
Kenji 和德州仪器的全球设计师、研究人员和制造商团队投入了大量的时间和精力,致力于开发一种旨在改进电源模块的技术,即电子设计的即插即用构建块。
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如需了解更多信息,请参阅技术文章: MagPack 技术:新型电源模块的四大优势可帮助您在更小的空间内提供更大的功率。Opens in a new tab
努力的成果是可用于电源模块的全新专有 MagPack 集成磁性封装技术,为工业、企业和通信应用的设计人员提供以前无法实现的性能水平。
Kenji 表示:“这项技术不但可以提供更高的功率密度,实现更高的效率,而且可以降低系统成本。”
对更高效率的需求
电源模块普遍应用在现代技术中。它们将多个电子元件集成到一个封装中,有助于减少设计人员在设计流程上花费的时间。然而,随着全球范围内耗电量越来越大,应用的尺寸越来越小,人们不断要求减小电源模块尺寸并提高其效率,以使电源模块能够装入数字笔等小型设备中。
德州仪器来自德国的系统工程师和模块技术专家 Anton Winkler 一直在努力提高电源模块的性能。他在该领域的工作最终促成了与 Kenji 的长期合作。
Anton 表示:“我知道 Kenji 也一直在研究这个领域。因此,我们将这项工作看作一项跨多个团队的技术开发。”
简单的设计原理,复杂的实施过程
在电源设计中,尺寸至关重要。设计人员要满足在更小的空间内提供更大功率的需求,这是一个很大的挑战,因为不但要将元件紧密排列,而且必须处理不同的电压而不能发生短路。
Anton 表示:“人们希望适量的能量流向负载。否则,负载将无法正常工作,甚至会遭到损坏。”
电源模块通常包含连接到基板的半导体和单独的电感器;电感器将能量存储在磁场中并有助于平滑电流流动。电感器可能会成为效率瓶颈,并会占用大量布板空间。对设计人员而言,选择合适电感器的过程耗时耗力。
认识到这个问题后,团队将电感器与集成电路相结合,以节省体积并提高功率密度。尽管设计原理很简单,但实现起来却很困难。该团队使用基于神经网络的方法根据规格优化电感器,而 3D 封装成型工艺使该团队能够利用 MagPack 封装技术的最大高度、重量和深度,其中包括采用专有新型设计材料制成的优化功率电感器。
Anton 表示:“这项开发涉及机械、电气和化学过程,委实是一项多学科任务。”
新的电源模块为设计人员提供了尺寸或性能方面的选择。它们可以让工程师将电源解决方案的尺寸缩小一半,并将功率密度提高一倍。例如,光学模块的设计人员可以使用采用 MagPack 技术的电源模块来将功率密度提高一倍,而保持现有的外形尺寸不变。对于数据中心等消耗大量电能的应用而言,这一点尤为重要。