（2024年9月16日更新）如今，为了给新系统供电，我们对电能的需求越来越大。许多新系统是移动的，它们提高了我们的生活水平。同时，环境保护要求我们更有效地利用能源。

虽然这些挑战需要我们使用各种政治和经济手段来有效地应对，但有一种技术手段越来越重要。高压创新手段可以更有效地传输和转换电能，从而减少电源和终端设备之间的功耗。

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这些创新手段为发电方式带来改变，例如引入可再生能源，并且提升电机和制冷设备等耗电量较大设备的节电性能。这使得能源效率稳步上升，降低成本，并减少温室气体排放。

即使是效率提高也会产生显著影响。美国能源信息署（EIA）据估计，到2040年，美国的发电量将增加24%——每年增加约1%。EIA还预测，美国约6%的电能在供电和配置上浪费——近年来，每年浪费的电量超过1400万兆瓦。通过提高效率，节省部分浪费电量，可以减少所需的总发电量。

先进的半导体是最重要的技术之一，使发电、输电和耗电更加高效。采用集成电路实现的智能控制和新型功率半导体材料可以在最小损耗下实现电力转换。智能集成电路硬件可以有效地通信电网、工厂、住宅、汽车等系统，并有效地控制系统的电力使用。此外，电源管理电路作为电源和电池充电器的骨干，是实现便携式电子设备快速发展的重要因素；提高效率，使生活更加方便。德州仪器（TI）充分利用其设计、制造和包装的专业技术，创造高压模拟和混合信号解决方案。这些解决方案将在未来几年将效果提升到一个新的水平。

为什么专注于高压？

电压变化范围很大，电厂电压可达数万伏，区域输电线路低至不到1伏，由嵌入式处理器等高速数字组件使用。中间电压电平分布在配电线路上，最熟悉的是110/120伏和220/240伏。 对于住宅、商业、工业和汽车的应用，高压范围从几十伏到几百伏不等；包括从电子电路到运输和工业设备。

根据市场调查公司IHS在所有电压电平上运行的电源管理集成电路代表了对集成电路供应商的巨大需求——该领域的年金额高达300亿美元。新的集成电路产品市场不断涌现，如AC/DC转换器、逆变器、双向转换器和DC/DC转换器。可提供高集成度、高功率密度和高智能集成电路解决方案，从而提高系统的整体性能。

由于从电厂到终端应用，每次电压转换都涉及到功率损失，因此功率转换是一个黄金发展领域。此外，在相同条件下，低压功率损耗高于高压。出于这些原因，最有效的方法是在使用最大限度降低功耗的转换方法降低高压之前，尽可能接近甚至直接进入终端设备。当设备和用户附近有高压时，还需要对机器和人体采取额外的保护措施。

“设备”事实上，电机、机器人、中央控制系统等工业应用是电力创新的重要领域。目前，全球各行业都在经历智能自动化转型，转型的到来如此之快，以至于有人称之为“第四次工业革命”(前三次是蒸汽机、大规模生产和早期自动化)或工业4.0。其中，所谓的转型“智能工厂”它代表了更高的机器智能和更强的系统通信能力的可行性。智能工厂的主要目标是利用更少的能量实现更多的功能，提高生产力，降低成本。

然而，工业并不是提高电源效率技术的唯一目标产业。其他可以从中受益的领域还包括逆变器、数据中心和电信基础设施，用于太阳能和风能发电。电池电压约400伏的电动汽车也依赖于高压电子设备。此外，各种新兴移动设备市场的快速增长也是新电源技术的主要驱动力。即使是像手机充电器这样不起眼的部件也需要高效运行，特别是考虑到它的使用量高达数十亿。总之，所有的电气和电子系统，无论大小，都将从安全高效的电力转换中受益。

高压技术带来的挑战

为了不断满足未来更高的效率需求，技术开发人员必须提高集成电路的性能，同时降低尺寸，保持可靠性，控制成本。为了满足这些要求，我们需要创新制造工艺、片组件、电路设计和包装。能够吸引设备开发者以及能加快增强型电源技术的推广应用的是提供具有深度硬件和软件设计支持的集成一体化解决方案。TI在制造高集成、低功耗解决方案方面有着悠久的历史，并在这些领域不断创新，促进技术进步TI专业技术创造先进的高功率解决方案，以满足当前和未来的市场需求。

近年来，开关模式电源（SMPS）由于其固有的效率高于传统的电力设计，在电力转换领域逐渐发展壮大。但是，不断完善SMPS设计是一门永无止境的艺术。这些电源在高频时产生电流，但必须防止它们流回系统。此外，电源中敏感元件的运行容易受到内阻和周围元件的影响。由于上述原因，SMPS尽可能集成系统，有助于降低电源设计的复杂性，降低制造成本。如果该解决方案能够隔离小外观尺寸和功率电路，效果会更好。原因是它能有效地屏蔽系统的外部干扰，防止高频从系统内部迁移到线路上。

精进的制造工艺。制造技术不断提高SMPS硅芯片在其他电源设计中的电压和频率处理能力。

开关模式电源类函数

例如，TI多用途高功率LBC7HV BiCMOS该工艺目前用于解决额定电压高达600伏的集成格栅驱动电源开关。此外，制造商也将注意力转向氮化镓（GaN，建在硅基板上)和碳化硅(SiC) 等待新材料，在高压下实现更快的开关速度和更高的效率。除了许多基于硅的解决方案外，TI还开发了几种GaN开关栅极驱动器并开始引入包含栅极驱动和GaN高级多芯片模块电源开关（MCMs）。结合下面讨论的创新组合，制造技术的进步不仅使电源更高效，而且提供更大的功率密度，有助于降低系统成本。

集成。新型高压电源的一个重要要求是重新调整尺寸，使其能够包装在终端设备的电路板上。

为满足这一要求，TI在成本和性能组件的单芯片解决方案，在成本和性能上更为实用。无论何时，如果使用不同的工艺构建功能，使整个系统集成过于昂贵或无法实现，则集成两个或两个以上的设备MCM这是一个可行的解决方案。除节省空间外，系统级单芯片和MCM解决方案可以提高功率密度，减少对绕组、散热器等无源材料的需求。该解决方案还简化了设计，因为它可以消除或减少复杂的内部阻抗，使电源设置非常困难。

隔离。单芯片和MCM集成面临的一个巨大挑战是如何隔离。传统电源采用变压器隔离，变压器是集成电路外的一个巨大部件。然而，新的开发隔离方法将免除外部变压器，直接从芯片或MCM内部隔离系统。对于用户安全和设备保护，增强隔离是系统正常运行所需基本隔离的两倍以上。随着市场上不断出现这些提供隔离的集成方法，它们将成为节省空间的电源解决方案。

高频可编程控制器。如果没有精确的控制，即使是最好的栅极驱动器和电源开关SMPS也毫无价值；否则，计时中的细微方差会很快扩大到巨大的方差，从而降低系统效率。至少，新型SMPS高性能状态机提供的数字控制需要高频设计。帮助电源设计师了解如何使用创新的软件工具C2000 MCU或UCD开发数控3138数字控制器SMPS从传统的模拟控制方法到数字控制，简化了系统的闭环控制功能。

高级包装。集成电源解决方案需要创新的单芯片和MCM包装，以满足高压运行产生的电气性能完整性和热应力要求。包装专家TI中国必须了解的问题有：材料类型、接合技术和防止设备性能退化的保护方法。由于高压至低压区域的电荷扩散、高电流密度引起的电迁移或必须从封装中去除的热量，封装性能会下降。热机械应力等原因造成的破裂也会导致性能退化。上述问题在高功率水平车间、汽车或其他恶劣环境时，上述问题会被放大。TI上述挑战正在通过广泛的材料评估、综合测试和与材料供应商的积极接触和沟通来应对。

为未来提供高压效率

随着对高效电源管理需求的不断增加，对创新技术解决方案的需求也在增加。提高效率的方法如下：开发和利用替代能源、设计和制造功耗较低的设备，优化和改进电力传输和转换技术。

TI如何重新定义高压的未来？

集成电路技术的创新在上述各个领域发挥着决定性的作用，在提供巨大节能潜力的应用中实现节能潜力。

电路、隔离器、单芯片和制造工艺MCM随着集成等组件和包装的不断发展，电源管理半导体技术将不断进步。设计也将从综合解决方案中受益，最大限度地减少设计SMPS其它电源系统的工作量。模拟集成电路制造商集成电路制造商，TI集成低压电源产品历史悠久。充分利用丰富精湛的专业知识和持续专注的技术创新，TI快速发展，旨在开发高压解决方案，满足客户需求，节约能耗，实现更美好的未来。