如何在有限的空間上提高功率密度，并且提高EMI能力，是電源設(shè)計(jì)者們長期以來面臨的挑戰(zhàn)。而電源模塊是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的方向。通過將各種無源器件集成到電源模塊中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)功率密度的高效提升，還能幫助應(yīng)對(duì)外置無源器件帶來的EMI設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

電感是在電源設(shè)計(jì)中常會(huì)用到的外部無源器件之一。在開關(guān)電源中，電感用于儲(chǔ)存能量，并在開關(guān)狀態(tài)切換時(shí)釋放能量，保證輸出電壓的穩(wěn)定。在DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感更是起到關(guān)鍵作用，通過控制電感電流的變化實(shí)現(xiàn)電壓的升降轉(zhuǎn)換。

在傳統(tǒng)的開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，電感元件通常采用分立器件的形式。然而，隨著設(shè)備尺寸的不斷縮小和功能的不斷增強(qiáng)，分立電感器的尺寸、效率和電磁干擾問題越來越突出。電感集成技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過將電感直接集成到電源模塊中，既能提高功率密度，又能優(yōu)化熱管理和電磁兼容性。

在硅基電感的集成上，磁性材料、電性能優(yōu)化、屏蔽結(jié)構(gòu)等問題的研究，需要長時(shí)間的材料學(xué)科和制造工藝的技術(shù)積累。而TI近日在此方面實(shí)現(xiàn)了新的技術(shù)突破，宣布了其最新的電感集成封裝技術(shù)“MagPack”，并發(fā)布了搭載這一新的封裝技術(shù)的六款全新DC/DC電源模塊產(chǎn)品。

MagPack磁性封裝，將電源模塊功率密度翻倍

據(jù)悉，MagPack磁性封裝讓電源模塊在功率密度、散熱和EMI性能上均實(shí)現(xiàn)了突破。與前代產(chǎn)品相比，采用 MagPack 封裝技術(shù)，使得電源模塊的尺寸縮小多達(dá) 50%，功率密度增加一倍，同時(shí)仍然保持出色的散熱性能。采用了MagPack封裝技術(shù)的業(yè)界超小型6A電源模塊可將電磁干擾 (EMI) 輻射降低8dB，同時(shí)將效率提升高達(dá)2%。

“之所以強(qiáng)調(diào)封裝技術(shù)，是因?yàn)閯?chuàng)新的封裝技術(shù)正在從根本上重塑電源模塊這個(gè)產(chǎn)品；同時(shí)TI也認(rèn)為這類封裝技術(shù)是電源管理芯片創(chuàng)新的一個(gè)重要方向?！钡轮輧x器升壓-升降壓開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)品線經(jīng)理姚韻若表示，“無論是電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)如何發(fā)展，工程師們對(duì)于功率密度的追求是永遠(yuǎn)不變的。我們的電源模塊采用全新的封裝方式，使我們的客戶工程師能在有限的布局布線空間下，實(shí)現(xiàn)以前不可能達(dá)到的功率密度水平?！?

據(jù)姚韻若透露，全新MagPack封裝技術(shù)來自TI Kilby Labs歷經(jīng)近十年的努力，才取得的技術(shù)突破。這項(xiàng)全新的封裝技術(shù)，結(jié)合了材料和工藝的改進(jìn)：采用一種以專有新型設(shè)計(jì)材料制成的集成電感器，利用了TI特有的3D封裝工藝，從而實(shí)現(xiàn)了在更大限度上減少電源模塊的長度、寬度和高度。

而從TI的官方介紹來看，MagPack的優(yōu)勢(shì)有四點(diǎn)：

1-更高的功率密度和更小的解決方案尺寸：

MagPack 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度和更小的整體解決方案尺寸。例如，TPSM82866A、TPSM82866C 和 TPSM82816 都比市場上的其他6A電源模塊尺寸更小。

功率密度被測(cè)量為每平方毫米的輸出電流。TPSM82866A 和 TPSM82866C 的功率密度幾乎達(dá)到 1A/mm2。

2-高效率和良好的熱性能：

MagPack 技術(shù)中的電感器與硅芯片相匹配，以減少 DC 和 AC 損耗。

這種優(yōu)化的電感器和封裝提供了高效率和低溫升，使電源模塊在高環(huán)境溫度下也能可靠運(yùn)行。

3-易用性提高，加快上市時(shí)間：

使用 MagPack 技術(shù)的設(shè)備集成了電感器，簡化了電源設(shè)計(jì)中的選擇和布線問題。

這些模塊還減少了電磁干擾（EMI），提高了設(shè)計(jì)的易用性。

4-減少 EMI：

MagPack 技術(shù)使得電源模塊實(shí)現(xiàn)了屏蔽，不僅僅是電感器屏蔽，而是整個(gè)芯片、開關(guān)節(jié)點(diǎn)都在屏蔽封裝內(nèi)。

這種屏蔽技術(shù)顯著降低了輻射發(fā)射，提高了模塊的EMI性能。

其實(shí)對(duì)于電感集成的封裝技術(shù)，TI多年來一直在不斷創(chuàng)新中。此前的Embedded μSiP、Leaded packages、μSiL和MicroSiP等封裝技術(shù)也都提供了電感集成的相關(guān)產(chǎn)品，而此次MagPack的推出，進(jìn)一步將電感集成的技術(shù)推向了新的高度。

姚韻若強(qiáng)調(diào)，最新的MagPack技術(shù)的電源模塊制造均是在TI內(nèi)部封裝測(cè)試工廠完成的，確保了產(chǎn)品的質(zhì)量以及供應(yīng)鏈的安全和可靠性，從而給客戶帶來了更多的價(jià)值。

全新電感集成電源模塊，助力全面電源設(shè)計(jì)

搭載MagPack封裝技術(shù)的電源模塊，TI一口氣推出了6款?！爸苯油瑫r(shí)開發(fā)六款產(chǎn)品其實(shí)是因?yàn)槲覀兎浅？春梦覀儾捎玫男滦痛判苑庋b技術(shù)MagPack，我們相信這個(gè)技術(shù)能夠最終給客戶帶來相應(yīng)的價(jià)值?！?

這6款電源模塊中，TPSM82866A和TPS82866C均是6A降壓模塊，電壓范圍為2.4～5.5V；其中TPS82866C集成了I2C接口。TPSM828303是3A降壓模塊，電壓范圍是2.25～5.5V，特色是集成濾波電容實(shí)現(xiàn)了低噪聲。TPSM82816和TPSM82813分別是6A和3A的模塊，特色是具備外部時(shí)鐘同步功能。TPSM81033則是一個(gè)同步升壓模塊，具備電源狀態(tài)指示、提供5.5V、5.5A谷值電流限制，適用于對(duì)電源管理要求嚴(yán)格的應(yīng)用。

這些模塊的共同特點(diǎn)是采用了MagPack集成電感器封裝技術(shù)，提供了高效的電源管理解決方案，適用于需要高功率密度、低噪聲和精確電壓控制的應(yīng)用場景。同時(shí)，大部分模塊還支持TI的DSC-Control控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同工作狀態(tài)下電源模塊的功耗和精度平衡。

此次推出的六款電源模塊的應(yīng)用領(lǐng)域是非常廣闊，目前主要應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。使用電源模塊，也就意味著客戶工程師不需要花更多的精力逐一驗(yàn)證各種的元器件，而是將電源芯片的驗(yàn)證和電感的驗(yàn)證結(jié)合在一起。TI的電源模塊都具有非常高的性價(jià)比，因?yàn)椴粌H僅幫助客戶工程師解決了他們?cè)陔娫丛O(shè)計(jì)方面的痛點(diǎn)，同時(shí)也給他們帶來更快的設(shè)計(jì)開發(fā)周期。

姚韻若表示，“對(duì)于電源芯片產(chǎn)業(yè)和相關(guān)產(chǎn)品來說，其中很重要的一點(diǎn)就是功率密度，第二是EMI；我們的電源模塊能夠給客戶帶來這方面的優(yōu)勢(shì)或價(jià)值，幫助客戶解決功率密度和EMI的問題和痛點(diǎn)。這些電源模塊可以用在多樣的工業(yè)類的應(yīng)用場景中，比如醫(yī)療設(shè)備，包括手持式的醫(yī)療設(shè)備和對(duì)體積比較敏感的醫(yī)療設(shè)備。另外還有光模塊應(yīng)用，因?yàn)楣饽K的尺寸大小是固定的，但目前通信或數(shù)據(jù)量處理要求光模塊在單位時(shí)間內(nèi)處理更多地?cái)?shù)據(jù)量（從400G到800G甚至1.6T）；電源模塊的高功率密度就可以給光模塊在同樣的PCB板面積下面提供更高的傳輸速度。在未來工業(yè)類、消費(fèi)類、通訊類等眾多應(yīng)用場景都會(huì)用到更多的電源模塊。”

電源模塊未來：設(shè)計(jì)、工藝和封裝相輔相成，集成度進(jìn)一步提高

對(duì)于電源模塊的未來，集成度的進(jìn)一步提升是趨勢(shì)。隨著技術(shù)本身的發(fā)展可能會(huì)把越來越多的無源器件集成在一個(gè)系統(tǒng)上面。例如對(duì)于隔離電源產(chǎn)品，目前將變壓器集成到里面，將來也可能把上管或下管的bootstrap電容集成在里面，甚至有可能會(huì)把一些光耦集成到一起?！半S著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的客戶會(huì)希望產(chǎn)品是高集成度的、尺寸縮小、容易使用、開發(fā)周期短，或者是驗(yàn)證成本低，這可能會(huì)是未來多年的趨勢(shì)。”姚韻若分享到。

在這種集成度逐步提高的趨勢(shì)下，其實(shí)對(duì)于電源IC和模塊廠商而言，考驗(yàn)的是全方位的能力。因?yàn)殡S著工藝制程的逐步提升帶來的是芯片的面積越來越小，但是沒有相應(yīng)的一些新型的封裝技術(shù)很難發(fā)揮這種小芯片的優(yōu)勢(shì)——比如說芯片的散熱問題會(huì)倒逼芯片設(shè)計(jì)者去思考封裝應(yīng)該是怎么樣的、封裝限制點(diǎn)在哪里。

而TI在封裝、工藝制程、IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域有很多優(yōu)秀的工程師，并積累了很多的知識(shí)。此次開發(fā)的六款MagPack電源模塊，就來自TI的Kilby Labs研究院集結(jié)了TI在芯片設(shè)計(jì)、封裝、材料和工藝等方面的人才，才能一起開發(fā)出這么多優(yōu)秀的電源模塊產(chǎn)品。

姚韻若表示，除了這6款搭載了MagPack封裝技術(shù)的新品之外，TI的目標(biāo)是在MagPack技術(shù)上逐步推出更高輸出功率的電源模塊，比如10A甚至20A的電源模塊。而在像隔離和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)類的產(chǎn)品上，也都有可能會(huì)用上這一最新的技術(shù)。