TI تكشف عن تكنولوجيا التعبئة والتغليف المغناطيسية المبتكرة

طرحت شركة Texas Instruments (TI) مؤخرًا ست وحدات طاقة مصممة لتحسين كثافة الطاقة وتعزيز الكفاءة وتقليل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI). تستفيد وحدات الطاقة هذه من تقنية التعبئة المغناطيسية المتكاملة MagPack الخاصة بشركة TI، مما يؤدي إلى تقليص حجمها بنسبة تصل إلى 23% مقارنة بالوحدات المنافسة، مما يتيح لمصممي التطبيقات الصناعية والمؤسساتية وتطبيقات الاتصالات تحقيق مستويات أداء مستحيلة سابقًا.

في مؤتمر صحفي، عرض كل من روجا دي كاندي وفلوريان سامسون، مديري خطوط الإنتاج من TI، وأنتون وينكلر، مهندس الأنظمة وتقني وحدات الطاقة، فوائد هذه التكنولوجيا الرائدة وقدموا رؤى.

MagPack: نظرة عامة

الحجم هو عامل حاسم في تصميم الطاقة. تعمل وحدات الطاقة على تبسيط تصميمات الطاقة والحفاظ على مساحة اللوحة المهمة من خلال دمج شريحة الطاقة مع محول أو مغو ضمن حزمة واحدة. من خلال عملية صب العبوات ثلاثية الأبعاد الفريدة من نوعها لشركة TI، تعمل تقنية التغليف MagPack على تحسين أبعاد وحدات الطاقة لزيادة إنتاج الطاقة في منطقة منخفضة.

تشتمل تقنية التغليف المغناطيسي على محث طاقة مدمج مع مادة تم تطويرها حديثًا، وهي حصرية لهذه التقنية. وبالتالي، يمكن للمهندسين الآن تحقيق كثافة طاقة فائقة وتقليل درجة الحرارة والانبعاثات المشعة، كل ذلك مع تقليل مقدار مساحة اللوحة المستخدمة وفقدان الطاقة في النظام. تعتبر مزايا هذه الفوائد حاسمة بشكل خاص في تطبيقات مثل مراكز البيانات، حيث تشكل الكهرباء عنصر التكلفة الأساسي. وتوقع المحللون زيادة بنسبة 100% في الطلب على الطاقة بحلول نهاية العقد.

استغرق تصنيع وحدات الطاقة الجديدة ما يقرب من عقد من الزمن في Kilby Labs، وهو مركز البحث والتطوير الداخلي التابع لشركة TI والذي يركز على تكنولوجيا أشباه الموصلات المتقدمة. من بين الأجهزة الستة، تعد TPSM82866A وTPSM82866C وTPSM82816 أصغر وحدات طاقة 6-A في الصناعة. توفر هذه الوحدات كثافة طاقة استثنائية تبلغ حوالي 1 أمبير/مم² المنطقة، وهي الأعلى في هذه الصناعة.

فوائد MagPack الرئيسية

دعونا الآن نلقي نظرة على المزايا الأربعة الرئيسية التي تقدمها MagPack.

كثافة طاقة عالية

يتيح تطبيق MagPack تحقيق كثافة طاقة أكبر وتقليل حجم الحل الإجمالي. يتم قياس كثافة الطاقة عن طريق قسمة تيار الخرج على المساحة بالملليمتر المربع. تبلغ أبعاد TPSM82866A وTPSM82866C 2.3 × 3 مم، مما يؤدي إلى مساحة 6.9 مم² لكليهما. وينتج عن ذلك كثافة طاقة لكل وحدة مساحة تبلغ حوالي 1 أمبير/مم² (على وجه التحديد، 0.87 أمبير/مم²).

توفير ما يقرب من 1 أمبير/مم² تعتبر مساحة المنطقة ملحوظة، خاصة عندما يشغل مكون بحجم 0603 (إمبراطوري) أو 1608 (متري) 1.28 ملم² من مساحة اللوحة. تستخدم وحدة التقييم تصميمًا قياسيًا للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) الذي يشتمل على إرشادات تصميم بسيطة ومكونات سلبية كبيرة. وينتج عن هذا التصميم حجم حل إجمالي مدمج يبلغ 28 ملم² للحصول على مصدر طاقة 6-A يعمل بكامل طاقته.

وقال دي كاندي: “نريد تمكين عملائنا بالقدرة على تحقيق المزيد من القوة في المساحات الصغيرة”. “هذا ليس فقط تحدي القوة الرئيسي الذي نتصدى له اليوم، ولكنه تحدي نعتقد أننا سنستمر في الابتكار لعقود قادمة.”

كفاءة عالية وإدارة حرارية ممتازة

يعد تبديد الحرارة الفعال أمرًا بالغ الأهمية في وحدات الطاقة لتوفير عملية يمكن الاعتماد عليها والحفاظ على سلامة المجموعة الأصغر. تم تصميم المحث المستخدم في MagPack خصيصًا ليناسب قالب السيليكون لتقليل خسائر التيار المباشر والتيار المتردد. إن الجمع بين جزأين الدائرة هذين مع جهاز MagPack عالي الأداء والموصلية يمكن أن يؤدي إلى تبديد الحرارة بفعالية وكفاءة من وحدة الطاقة.

وقال سامسون: “بالإضافة إلى تقليل الحجم وزيادة الكثافة، تتيح تقنية MagPack للمهندسين تحسين الكفاءة في الوقت نفسه بنسبة تصل إلى 2%”. “يوفر هيكل TPSM82866 كفاءة أفضل بنسبة 4% من الأجيال السابقة، ومقاومة حرارية أقل بنسبة 17% ومنطقة تشغيل آمنة أعلى بمقدار 10 درجات مئوية. [SOA]”.

كما هو موضح في الشكل 2، يحقق TPSM82866 كفاءة عالية عبر نطاق واسع من جهد الخرج وتيارات الخرج. تبلغ ذروة الكفاءة أكثر من 95%، بينما يتيح منحنى SOA التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية جدًا.

وقت سريع للسوق

تقوم الأجهزة المعتمدة على MagPack بدمج المحث، وهو عادةً العنصر الأكثر صعوبة في الاختيار والمصدر في تصميم مصدر الطاقة. نظرًا لصغر حجمه وارتفاعه وتداخله مع الدوائر الأخرى، فإن وضع العنصر وتوجيهه على PCB يمثل تحديًا كبيرًا. تعمل وحدات الطاقة التي تستخدم المحث على حل هذه المشكلات، كما يعمل المحث المستخدم في MagPack على تخفيف هذه الصعوبات.

وقال وينكلر: “تستفيد تقنية التعبئة والتغليف MagPack من عملية صب العبوات ثلاثية الأبعاد الحصرية لشركة TI لزيادة مساحة العبوة القابلة للاستخدام من حيث الارتفاع والعرض والعمق لوحدة الطاقة”. “إنه يشتمل على محث طاقة متكامل مع مادة مصممة حديثًا لتحقيق أقصى تكامل لتغليف السيليكون.

وأضاف: “من الجدير بالذكر أيضًا أن تقنية التغليف هذه التي بنيناها من الألف إلى الياء يتم تصنيعها أيضًا في مرافق التعبئة والتغليف والاختبار الداخلية لدينا”.

انخفاض EMI

تتميز وحدات الطاقة المجهزة بقدرات الحماية MagPack. جميع المكونات، بما في ذلك القالب والمحث وعقدة التبديل، موجودة داخل عبوة محمية. وينتج عن هذا الحل أحجام وحدات أصغر وتوجيه إشارة فعال، مما يؤدي إلى تقليل طول وحجم مسارات الإشارة المزعجة داخل كل من وحدة الطاقة والنظام ككل.

يعالج MagPack بفعالية مشكلة التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) التي يتم مواجهتها بشكل شائع في تصميمات مصدر الطاقة.

وقال دي كاندي: “فيما يتعلق بانخفاض الأقساط الشهرية المتساوية، يحتاج العملاء إلى تلبية معايير الأقساط الشهرية المتساوية المختلفة وتجاوزها في الصناعة اليوم، واستخدام منتجات الأقساط الشهرية المنخفضة سيساعدهم على خفض التكاليف وتحقيق أهدافهم بشكل أسرع”.

تكشف مقارنة الانبعاثات المشعة المقاسة الأولية لجهاز TPSM82866A بدون MagPack ومعه، كما هو موضح في الشكل 3 والشكل 4، عن انخفاض قدره 2 ديسيبل تقريبًا في ذروة انبعاثات الاستقطاب الأفقي و8 ديسيبل للاستقطاب الرأسي.

وخلص فلوريان إلى القول: “لقد شهدنا بالفعل إثارة من العملاء الذين لديهم متطلبات صارمة لارتفاع التطبيق والمساحة والذين يجدون أن الحجم الأصغر والكثافة المحسنة فوائد جذابة بشكل خاص”. “على سبيل المثال، تعتبر فوائد الحجم مهمة بشكل خاص في تطبيقات مثل الوحدات الضوئية لمراكز البيانات، حيث تتيح القدرة على تقليل أثر مكونات الطاقة إلى الحد الأدنى مساحة أكبر للوحة للمعالجة.”

التدوينة TI تكشف عن تقنية التعبئة والتغليف المغناطيسية المبتكرة ظهرت للمرة الأولى على Power Electronics News.