從工廠自動化、資料中心的伺服器電源到航太衛星設備，無所不在的電子設備正在消耗前所未有的電力。隨著功耗增加，在更小的體積實現更高的功率密度是產業的共同目標。然而，提升功率密度常伴隨散熱挑戰，為了兼顧功率和散熱性能，德州儀器(TI)提出「提升封裝熱性能」、「降低切換耗損」、「創新拓撲與電路設計」以及「整合設計」四大創新技術升級散熱管理，並推出三款電源管理解決方案，協助設計人員達成高功率密度目標。
四大技術切入 IC性能全面提升
提升封裝熱性能
TI使用熱強化封裝和先進導線架(Lead Frame)技術改善封裝內的散熱效果。TI頂部冷卻技術可藉由調整封裝設計進行散熱；HotRod QFN、強化型HotRod QFN技術則縮短和接腳之間的距離，透過減少銲線(Bonding Wire)來降低銲線中阻抗造成的效率影響；熱強化型PowerCSP則考慮到IC若用於手持式產品，有大小限制的考量，以大型錫棒來提升封裝的熱性能。
降低切換耗損
TI半導體行銷與應用經理蕭進皇說明，電源供應目前最常使用的開關元件還是MOSFET，但這樣的元件受限其材料特性，在開關速度上較慢，切換損失也較大。若採用氮化鎵(GaN)開關元件，因其切換速度夠快，切換損失可以大幅降低。
創新拓撲與電路設計
拓撲可以透過開關元件、電容、電感、二極體等元件的不同組合改變電源轉換的型態和成效。例如前述的GaN，過往較常關注功率因素校正(PFC)架構，蕭進皇表示，若採用圖騰柱拓撲，可以降低切換損失，帶來更高的電源轉換效率，進一步達成拉高切換頻率並縮小體積的目標。
整合設計
考量PCB面積有限，TI提出在IC設計上往Z軸走，採用先進封裝的2D和3D整合技術的解決方式，藉此減少元件占用面積。
三項新品成為參考解方
TI應用其製程技術、封裝與電路架構創新，幫助工程師開發能提升散熱的電子產品，包含近期推出的三款電源管理解決方案：TPS566242高功率密度同步降壓轉換器、TPS25985/TPS25990 eFuse以及LMG3522R030-Q1 GaN FET。這些創新解決方案能以更小的封裝體積改善系統穩健性並提高功率密度。
TPS566242高功率密度同步降壓轉換器
其封裝尺寸為1.6mm2，支援3V~16V輸入電壓和6A持續電流，是市場第一款採用能減少系統成本的小體積SOT563(DRL)封裝的6A元件，新的製程節點透過整合功能和提供額外的接地連接來優化接腳配置，有助提高PCB板上的散熱效果。該轉換器的高整合式27.7mΩ/14.8mΩ Rdson FET設計可減少切換耗損，並支援最高600KHz的切換頻率。TPS566242能應用在寬頻監測、資料中心、以及離散式電源系統。
TPS25985/TPS25990 eFuse
eFuse在過電流情況下會自動切斷，不同於傳統保險絲需要人工更換，eFuse可自行於一段時間後重新連接。該產品可在小體積封裝下供應80A和60A的峰值電流，有助設計人員縮減解決方案尺寸並提高熱性能，並可堆疊多個eFuse提高功率密度。此外，TPS25990的整合式PMBus黑盒和單命令電源循環功能也可讓設計人員監控並調整系統內的參數，IC可搭配外部記憶體讀取出現錯誤當下的狀態。
LMG3522R030-Q1 GaN FET
其為業界第一個頂部冷卻GaN FET整合閘極驅動器。對於伺服器PSU等大功率應用系統，具備頂部冷卻功能的GaN是相當有效的解決方案，可以在不加熱PCB的情況下從IC去除熱量。該產品能支援2~5kW的電源供應單元，提供絕佳的散熱性能，並且提供過溫與欠壓鎖定的保護功能。
電動車、沉浸式遊戲體驗等新興趨勢應用帶來全新的用電需求，縮小體積並提升功率密度將會是設計人員長期面臨的挑戰。TI針對這項趨勢，提出從封裝、電路設計、整合等面向的創新技術，有助因應功率密度難題。