| 德州儀器CTO：電源和數(shù)據(jù)的交融與創(chuàng)新推動(dòng)半導(dǎo)體數(shù)量持續(xù)成長(zhǎng) |
| 日期：2017/7/5 12:30:42 作者： |
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從透過(guò)電信巨頭和無(wú)線廣播公司獲取信息，到有線電話和有線電視的問(wèn)世，早在30年前，人們與數(shù)據(jù)交換的方式就有了翻天覆地的變化。如今，高壓電源的發(fā)展正遵循著相似的軌跡發(fā)展。
產(chǎn)品的尺寸和外形都在逐步縮小，其所能實(shí)現(xiàn)的功率轉(zhuǎn)換卻越來(lái)越高。在日常生活中，人們對(duì)于功率、智慧化和封裝也提出了更多的要求。目前，行動(dòng)裝置的電池儲(chǔ)能容量已經(jīng)十分可觀，且技術(shù)仍不斷地革新，努力滿足人們的使用需求和期望。
從更大規(guī)模的角度來(lái)看，數(shù)據(jù)中心也在不斷成長(zhǎng)，且其所消耗的電能總量也始終保持在70MW以上。這是一個(gè)不容忽視的能量消耗，因?yàn)榧词乖谒鼈冮e置或準(zhǔn)備處理網(wǎng)絡(luò)搜尋數(shù)據(jù)時(shí)也是如此。在汽車領(lǐng)域，電動(dòng)車可以由一個(gè)800V的電池電源供電運(yùn)作，同時(shí)支持12V和18V電壓軌。要實(shí)現(xiàn)諸如此類的應(yīng)用，就需要全新的功率組件以及不同電壓域間高效的電力轉(zhuǎn)換。
電力不再只由大型發(fā)電廠和長(zhǎng)達(dá)數(shù)英里的AC供電線路進(jìn)行傳輸。事實(shí)上，人們可以從屋頂?shù)奶?yáng)能板上采集能量，然后再將它賣回給電網(wǎng)。一個(gè)安裝在墻上、每天由太陽(yáng)能板充電的電池可以提供充足的電能，從而無(wú)需再透過(guò)電網(wǎng)供電。甚至在未來(lái)的某一天，電動(dòng)汽車可能成為一個(gè)儲(chǔ)能中心。
就像數(shù)據(jù)不再集中，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)并以多種方式進(jìn)行儲(chǔ)存一樣——從基于云端的服務(wù)器到隨身攜帶的USB，發(fā)電、儲(chǔ)能、電力配送和傳輸方面的巨大變化也都將對(duì)我們的生活和工作方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
不過(guò)，數(shù)據(jù)與電源之間的關(guān)系不僅僅在于它們相似的演變方式。在現(xiàn)今的某些應(yīng)用中，它們開(kāi)始融合，并且能夠透過(guò)下一代USB連接設(shè)備進(jìn)行傳輸，同時(shí)透過(guò)集成電路中的隔離層，更加深入地嵌入到了高壓應(yīng)用中。這一系列的轉(zhuǎn)變正對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新產(chǎn)生巨大影響。
能源效率
我們生活在高能耗的數(shù)字世界中。每一次查看社群媒體信息、支付賬單、下載電子書(shū)或發(fā)送電子郵件，都會(huì)動(dòng)用到數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)的許多服務(wù)器。當(dāng)這些服務(wù)器準(zhǔn)備處理或正在處理信息時(shí)，它們需要大量的電力。對(duì)于電力的需求維持了服務(wù)器的運(yùn)作，同時(shí)也讓更多的電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車出現(xiàn)在路面上，而這種需求為正蓬勃發(fā)展的電子化浪潮注入了新的活力。
隨著這些創(chuàng)新逐漸融入到日常生活中，人類對(duì)于電能需求將永無(wú)止境的持續(xù)成長(zhǎng)，找到能夠提升能效的解決方案迫在眉睫。
突破性材料
與資料相似，目前電源的發(fā)展也千變?nèi)f化。無(wú)論是從AC到DC、DC到DC或是DC到AC的高壓電能轉(zhuǎn)換，都需要高效的功率轉(zhuǎn)換模塊。隨著電力需求不斷成長(zhǎng)，這些模塊也隨之需要更高效及性能更佳的技術(shù)，并且能夠在嚴(yán)酷的條件下傳送高壓電力。這正是以氮化鎵、碳化硅和硅制超結(jié)為基礎(chǔ)，進(jìn)行制造先進(jìn)技術(shù)的用武之地。相對(duì)傳統(tǒng)的硅制功率組件，這些材料的發(fā)熱量更低，意味著它們可以有效率地在多個(gè)電源之間傳輸高壓電力，并且可以實(shí)現(xiàn)從一個(gè)電源到另一個(gè)電源的效率轉(zhuǎn)換。
這些突破性技術(shù)需要復(fù)雜的電路架構(gòu)和封裝技術(shù)，而這些架構(gòu)和封裝技術(shù)已經(jīng)完全不同于半導(dǎo)體過(guò)去數(shù)十年發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)架構(gòu)。此外，雖然傳統(tǒng)CMOS技術(shù)普遍已遵循摩爾定律，即每隔幾年數(shù)據(jù)傳輸和處理速率就會(huì)加倍，這些全新材料大約每5-10年就會(huì)在高壓功率密度方面取得突破性進(jìn)展。
諸如此類的提升對(duì)于高度電氣化世界而言十分關(guān)鍵。在電池運(yùn)作系統(tǒng)中，對(duì)于更高功效的需求是關(guān)鍵所在，因?yàn)殡姵丶夹g(shù)很難跟上新特性出現(xiàn)的步伐。此外，電源管理領(lǐng)域的改進(jìn)和提升對(duì)于不斷增加、用于實(shí)現(xiàn)各類連網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)中心也至關(guān)重要。這些數(shù)據(jù)中心內(nèi)的服務(wù)器消耗了大量的電力，而半導(dǎo)體技術(shù)將透過(guò)減少降壓功率轉(zhuǎn)換的數(shù)量來(lái)提升它們的效率。
在汽車應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計(jì)人員每年都在將更多的高能耗、高壓電子組件整合到汽車中。有趣的是，每增加100W功率，就會(huì)帶來(lái)5美元制造成本的提升，而汽車功率正以每年100W的速度在成長(zhǎng)，對(duì)于電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，也許功率的增加速度會(huì)更快。先進(jìn)的功率組件氮化鎵和碳化硅將在這些電路中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，其原因就在于它們能夠提升功率密度。例如，對(duì)于電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，這意味著電池充電時(shí)間更短、電量保持時(shí)間更長(zhǎng)、續(xù)航里程更遠(yuǎn)，并且能夠運(yùn)作更多的高壓系統(tǒng)。
USB Type-C技術(shù)
電源與數(shù)據(jù)在下一代USB Type-C連接中能相互交融，同時(shí)改變我們對(duì)這些技術(shù)的日常使用習(xí)慣。例如，今日大多數(shù)筆記本電腦都包含數(shù)個(gè)接口，用于充電、顯示、音頻以及更多的傳統(tǒng)USB連接接口。全新標(biāo)準(zhǔn)的USB Type-C將所有數(shù)據(jù)和電源接口合并為一個(gè)高容量線路，并且不受插頭正反面的限制。
隔離層
從空調(diào)系統(tǒng)到工廠自動(dòng)化，電源與數(shù)據(jù)也跨過(guò)高壓電路中的隔離層并匯聚在一起。獨(dú)立電源的需求正迅速成長(zhǎng)，而即便跨過(guò)隔離層傳輸數(shù)據(jù)的功能已實(shí)現(xiàn)數(shù)年，電力傳輸仍需要占用一個(gè)寶貴電路板空間，并且會(huì)產(chǎn)生可靠性問(wèn)題的分離式變壓器。不過(guò)，德州儀器（TI）所推出的全新ISOW7841已經(jīng)成功解決將多個(gè)硅芯片和一個(gè)變壓器整合在單個(gè)封裝內(nèi)的難題。此外，相較于其它市面上的解決方案，ISOW7841在電力傳輸方面的效率提升了80%，且運(yùn)作時(shí)更加安靜。
隨著經(jīng)濟(jì)不斷成長(zhǎng)，那些用于汽車、數(shù)據(jù)中心、工廠、住宅以及很多其它提高人類生活質(zhì)量的技術(shù)，將對(duì)高效率運(yùn)作產(chǎn)生更多需求。此外，由于電源管理技術(shù)對(duì)于每個(gè)電子系統(tǒng)都扮演越來(lái)越關(guān)鍵的角色，創(chuàng)新的步伐將繼續(xù)加劇，而我們數(shù)字生活中的半導(dǎo)體數(shù)量也將持續(xù)成長(zhǎng)。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站 http://www.ti.com.tw/news/newsdetail.asp?scid=06292017。
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