在数据中心等关键应用中，电力成本构成了其运营开支的主要部分，而一流的功率密度、降低温度和辐射发射的优势显得尤为重要。据行业分析师预测，到本世纪末，数据中心的电力需求将激增，幅度高达100%，进一步凸显了卓越的电源在降低能耗、提升效率方面的重要性。
在电源设计领域，如何在寸土寸金的空间内榨取出更高的功率输出，始终是每一位电源设计师面临的重大课题与挑战。作为业界的领航者，德州仪器（TI）不遗余力持续创新，新发布了其精心研发的采用突破性磁性封装（MagPack™）技术的全新电源模块系列，再次改写了电源设计的游戏规则。



日前，德州仪器举办电源模块产品发布会，分享了这一里程碑式的创新成果。德州仪器升压-升降压开关稳压器产品线经理姚韵若表示，全新电源模块利用专有的磁性封装技术，能够帮助工程师在更小的空间内实现更高的功率密度，同时确保卓越的散热性能，让每一分能量都得以精准控制，高效利用。

高功率密度，更小空间实现更大输出功率
电源管理的第一大挑战是功率密度，即在更小的空间内实现更大的功率，进而以更低的系统成本增强系统功能。众所周知，尺寸是电源设计中的关键因素，功率密度则是将输出电流除以面积（单位为平方毫米）来量化的。如果将电源芯片与变压器或电感器封装在一个模块内，就可以减小电源模块尺寸，同时简化电源设计并节省宝贵的电路板空间。
姚韵若强调，创新的封装技术正在从根本上重塑电源模块。新产品的MagPack™ 封装采用德州仪器独有的3D封装成型工艺，将无源器件和IC进行3D堆叠，缩小了电源模块x和y方向的尺寸，可在更小的空间内提供更大的功率输出，实现更高的功率密度，进而减小解决方案的总体尺寸。例如，TPSM82866A和TPSM82866C的尺寸为2.3 mm×3mm，面积均为6.9mm²。这意味着单位面积功率密度约为1A/mm²（实际上是0.87A/mm²）。
近1A/mm²的功率密度意味着，当尺寸为0603（英制）或1608（公制）的元件占据1.28mm²的电路板空间时，用包含简单设计指南和大型无源元件的标准印刷电路板（PCB）的评估模块进行评估，可以实现功能完备的6A电源28mm²紧凑的整体解决方案。



利用创新的MagPack™ 封装技术，德州仪器改进了电源模块，节省了PCB布板空间。结果显而易见，三款业界小的6A电源模块（TPSM82866A、TPSM82866C和TPSM82816）实现了行业领先的功率密度——每平方毫米1A的电流输出能力。其尺寸比目前市场上同类产品的尺寸缩小了23%，比德州仪器前一代产品的尺寸缩小了50%。在保持同样的散热性能的条件下，这些电源模块的功率密度增加了一倍。这使得工业、企业和通信应用的电源设计人员能够实现以前不可能实现的性能水平。

高效率和出色的热管理
高效的散热对于电源模块来说至关重要，只有这样才能实现可靠的运行，并保持较小封装的完整性。MagPack™ 采用的电感器专为硅芯片量身定制，可最大限度地减少直流和交流电流损耗。将这两个部件与高性能、高导电性的MagPack™ 器件相结合，可以有效散发电源模块的热量，在实现出色的功率密度和效率的同时改善热性能。
姚韵若提到，在效率和热性能方面，与前一代产品相比，TPSM82816的效率提高了多达4%，热阻降低了17%，安全工作区（SOA）温度提高了10℃；TPSM82866在很宽的输出电压和输出电流范围内实现了高效率，峰值效率超过95%，而SOA可以在非常高的环境温度下运行。

低EMI有助于降本增效
降低电磁干扰（EMI）辐射是电源管理的另一大挑战，客户需要满足并超越当今行业中的各种EMI标准，而使用低EMI产品将帮助他们降低成本并更快地满足EMI标准要求。
MagPack™ 有效地解决了电源设计中常见的EMI问题。采用MagPack™ 技术的电源模块将采用新设计的专有材料的功率电感器与新开发的材料集成在一起，采用全屏蔽封装将所有的组件，包括芯片、电感器和开关节点，都集成在屏蔽封装中。这样的解决方案可实现更小的模块尺寸和高效的信号路由，从而减小电源模块和整个系统内噪声信号路径的长度和尺寸。
姚韵若解释说，对采用和没有采用MagPack™ 技术的TPSM82866A的初始EMI辐射测量显示，前者的水平极化和垂直极化的峰值EMI辐射分别减少了约2dB和8dB。六款业界超小型6A电源模块可将EMI辐射降低高达8dB，同时将效率提升多达2%。
他说，无论是电路系统设计如何发展，工程师们对于功率密度的追求是永远不变的。有了这些全新的电源模块，工程师现在就可以实现一流的功率密度，降低温度和EMI辐射，同时最大限度地减少电路板空间和系统功率损耗，实现高转换效率的电源系统设计。

还能缩短产品上市时间
通常，选择和采购电感器是电源设计中最具挑战性的工作。由于电感器体积、高度和对其他电路的干扰，在PCB上放置这些部件和布线难度很大。基于MagPack™ 的模块集成了电感器，有效解决了这些问题。
姚韵若表示，MagPack™ 封装技术不仅最大限度地优化了电源模块的高度、宽度和深度的可用封装面积，集成采用专有新工程材料的功率电感器更可实现硅封装的最紧密集成。使用集成了电感器的电源模块，意味着工程师不需要花更多的精力逐一验证各种元器件，只要验证电源芯片就可以了。
值得一提的是，这次德州仪器一口气推出六款采用上述技术的新型电源模块，覆盖了从1.8V到6V的电压范围，就是为了满足不同输出电压的应用场景。特别是，这些电源模块所带来的性能优势可以在数据中心等应用中发挥重要的作用，有助于提高电力使用效率。



鱼与熊掌兼得
事实上，电源设计人员使用电源模块就是为了节省时间，降低复杂性，缩小尺寸并减少元件数量，但在此之前他们需要在性能上做出妥协。
德州仪器的内部研发中心Kilby Labs一直专注于突破性的半导体技术，花了近十年的时间研发新的电源模块，不仅能够实现更大的电源功率等级，而且解决方案的成本不会增加太多。这六款模块就是这些创新的重要成果，从一开始就是在公司内部的封装和测试设施中构建和制造的，进一步提高了供应链的安全可靠性。
据了解，德州仪器采用MagPack™ 封装技术的新型电源模块已实现预量产，想要使用德州仪器MagPack™ 电源模块的电源设计人员现在可通过TI.com购买。德州仪器还提供几种评估模块（TPSM81033EVM-035、TPSM82866AA0PEVM、TPSM82866CA3PEVM和TPSM828303PEVM-058），帮助用户对几款模块进行评估。
姚韵若表示，凭借数十年的专业经验和创新技术，以及200多款针对电源设计或应用提供优化封装类型的器件组合，德州仪器的电源模块一直在帮助设计人员进一步实现电源创新。
现在，电源设计人员可以利用德州仪器推出的集成磁性封装技术电源模块，帮助他们适应重塑行业格局的电源发展趋势，在更小的空间内高效地提供更大的输出功率，实现高效率和出色的热管理，与此同时，尽快满足EMI要求，缩短产品上市时间，降低系统成本。
他说：“后续我们陆续推出更多的电源模块产品，包括更高输出功率的电源模块，比如10A甚至20A的电源模块。随着技术的发展，还会把越来越多的无源器件集成在一个模块当中。对于隔离电源产品，可能会集成变压器、上管或下管的自举（bootstrap）电容器，甚至是光耦。”
他最后表示：“我们希望让我们的客户能够在狭小的空间内获得更大的动力，这不仅是我们今天要解决的一个关键电力挑战，我们也相信，我们将在未来几十年内继续创新，满足客户更多、更高的要求。”