SWIFTTM直流/直流转换器家族是德州仪器针对36V以上电压的转换器产品，该家族产品不断扩充，如今已经形成了从2A-40A电流的工作电流覆盖。

德州仪器（TI）模拟产品业务拓展经理赵向源

日前，德州仪器（TI）模拟产品业务拓展经理赵向源又向媒体介绍两款SWIFT家族的最新产品TPS548D22和TSP54A20，这是两款电流能力更高、高功率密度提升到极限的新产品。TPS548D22是TI 推出的业界第一颗单相的降压处理器，可以处理40-A的持续负载电流。TSP54A20特点是12-V、10-A，创新点是可以做到10-MHz工作频率，这是此前业界没有的。

最新SWIFTTM直流/直流转换器家族产品图谱

多核计算给电源提出新需求

       赵向源表示，DSP需要更多的电压值，不同的DSP对电压的要求是不一样的。DSP、FPGA、ASIC是做集体数据处理的，手机的处理器现在是2核、4核、8核，核数越来越高、工作频率越来越高，意味着功率越来越大、电流越来越大。针对这些产品，电流是比较大的。

       还有第二个要求。在处理数据的时候不可能稳定在一个工作频率，不可能一直是最高功率的工作，因为这对它的功耗没有好处。但是，也不能最低功耗、最小频率的工作，这不能完全体现它的特性。说明它的工作频率、处理能力是在不断动态变化的。体现在电源上，就是对电源的负载能力要求是变化的，要求每个时间点的工作电流是不一样的。工作电流是实时变化的。电流变化的时候，输出电压不能变，体现的就是负载调整率的问题。不管电流怎么变，电压要保持稳定。这也是对DSP、FPGA的挑战，特别是当工作电流较大的时候。有时候工作电流在1安培、2安培，有时候是20安培、30安培，在电流跳变的情况下，怎么保证输出电压的稳定性，这是针对DSP等处理器的电源特殊要求，要快速响应比较好的负载调整率。

因为它的输入电压低，核供电可能就是1V、0.8V、0.9V，甚至更低，这对电压有高精度的要求。不可能设定0.8V，一会儿跳到0.7、0.9。因为电压不同意味着工作频率是在改变的，不能因为电源影响主处理器的工作。是因为主处理器需要多少功率，电压供多少功率，而不能因为电源的变化影响主处理器，因此这要求输出电压比较精准。

高功率密度和高可靠性

DSP、FPGA优化的就是电流能力？如何做大电流？如何提高负载调整率？如何在电流负载变化的时候要保证电压稳定？如何保证输出电压的精度？

多电压和大电流等需求就给电源转换器提出新挑战。

比如高功率密度。怎么体现高功率密度？尺寸要做小、电流要做大。要想做这么大的高功率密度，意味着要在很小的尺寸、很小的封装里处理很大的能量，这对效率有很高的要求。效率不高，损耗变大，如何处理热？也无从谈起在小封装里处理热。如果要提高功率密度，也就是要把尺寸变小，封装技术肯定要不一样，才能让整体的芯片变小。我要处理更大的电流能力、更高的效率，同时放在很小的封装里，这样才能体现高功率密度。

另外一个特性是高性能，指的是辅助特性、更全的保护。因为用在工业环境里，甚至用在汽车里，安全、可靠、稳定肯定是芯片首要考虑的。赵向源表示，我们要放很多的域量、保护，包括电流的保护、电压的保护、温度的保护，处理各种故障信息。

赵向源还提到德州仪器的PMBus选配方案，PMBus就是比较简单、简易的数字电源。PMBus来源于数字通信的协议，只是简单处理，专门优化成针对电源的协议，也就是数字电源。既然是数字电源，一般情况下都会开发与之配套的简易图形界面。大家通过这个图形界面，可以在里面输出配置信息、编程，甚至可以主动采集外界的信号，包括电压信号、电流信号、温度信号，做电源管理、热管理、故障管理，这就是数字电源的好处。工业4.0需要自动化、智能化，肯定离不开电源的数字化。

TPS548D22：单相降压可提供40A负载电流

目前，给40A的负载提供电流已经很常见了，在TPS548D22出现之前业界的转换器单相均可以支持最高35A的电流，因此需要两路来实现对40A负载电流的支持，这意味着控制是分两端，外围需要两套器件，特别是需要两个电感。整个系统里，磁性元器件的体积是最大的，要两个电感，最终电源部分导致系统无法实现小型化。

赵向源表示，德州仪器的工程师考虑推出一个单相40A可以替代市场上传统的多相方案，目的还是为了减小尺寸、提高功率密度。

这就需要开发出全面集成的单相同步转换器。为什么提到全面集成？前面讲到有两个电感的，业界还有一个方案就是用控制器，外面挂很多MOSFET管。这也是一种方案。这个方案的电流处理能力很强，非常简单。但是，问题是它是分离的方案，一个控制器外面挂这么多的MOSFET管，它的体积更大，同时对于工程师来说不是简单好用的，不但要选控制器，还要选MOSFET管，而且MOSFET管的处理又是非常复杂的。

于是我们把MOSFET管集成在芯片里面，推出了第一颗集成MOSFET管的单相处理器，而且持续达到40A。

第二个特点是最高的整体输出精准度。DSP等多核处理器的供电需要很高的电压精度。如果精度不高，电压变化，那么处理器的处理频率也会跟着变化。德州仪器做到了全温范围-40度至125度，正负0.5%。业界只能做到常温下的正负0.5%，或者全温下1%或1.5%。

为了保证精确度，德州仪器使用了独有的差分远端检测技术，直接检测输出的最后，直接检测负载端的电压，进行反馈。将PCB走线上的压降损耗考虑在内，让输出电压保持稳定。不光是芯片端保持稳定，还可以保持系统端的电压稳定。通过这种技术可以保证整体的精确度。

第三，这个产品用到了比较新的控制技术D-CAP3，从而实现了动态响应速度快的特点。

据赵向源介绍，D-CAP3控制模式可以实现比较好的动态。对于传统的电流模和电压模，需要补偿网络。经过一个补偿网络，相当于加了一级滤波，信号就会产生延时。输出突然跳变，加了延时，再反应就需要一定时间，不可能马上响应，为了保持输入稳定，时间是相当长的。对于COT来说，不需要补偿网络，负载的变化可以瞬间感受到，马上进行控制，使负载控制率非常好。10-A变成20-A、10-A变成40-A，可以马上感受到，并进行调节。这也是独特的控制模式的优点，可以让外围更加简单、让负载调控更好。大电流、高精度、好的负载调控，这就是怎么让DSP、ASIC更好工作的电源要求。所有的设计优化都是基于系统要求的。

TPS54A20：以10MHz频率工作的12V/10A转换器

赵向源很自信地表示，这个产品的特点是12V、10A，创新是可以做到10MHz频率，这是业界没有的。它的高功率密度可达50A/cm3，是目前业界其它电源解决方案的4倍。

它的占用面积最小，利用TotRod封装技术。利用这种封装，可以将尺寸做得非常小，10A、10MHz，做到3.5MHz小，面积是业界同类产品尺寸的二分之一，小于一半。

第三个是高度。这个产品芯片的高度是1mm，整个方案最高的高度是电感，只有1.2mm。

业界的水平是什么样的？如果不用10MHz，只用500K，意味着要用4.8mm额的高度，而TPS54A20只有1.2mm。

赵向源表示，现在刀片式服务器都是模块化生产，服务器的很多处理器都是插卡式的。还有大家比较熟悉的内存卡，也是插进去的。器件只能放在板子的一面，另外一面是不能放东西的。因为另外一面放东西就插不进去。针对这个情况，TPS54A20做到了业界最小的1.2mm，使可插槽变成可能，背面也可以放产品，这样让系统板的尺寸变得更小。

最后一个优点是最高的运行频率。对于12-V、10-A的产品，业界比较多的就是500KHz，最高是1MHz，直接用到了10MHz，是用比较新的拓扑结构实现的，这个产品的关键是功率密度是业界的4倍，而且是高度最低的，也是业界的四分之一。

赵向源表示，我们使用的是比较独特的控制模式。这是一个降压控制器，在里面加了一个串联电容，这是跟业界其它降压处理器不同的地方。不要小看这一个电容。加了这一个电容，才能实现10-MHz，才能做到高效、高频。

首先，加了10-MHz，电容的电压只需要是输出电压的二分之一，比如12V转1V，电容电压只有6V，因此MOSFET管上的电压只需要6V，这给系统带来的效率更高，安全性也更高。

第二，我们的产品是两相的，只需要两个电感，两相是交错工作的，频率是10MHz，对于每一相来说，只需要5MHz，也可以优化效率。因为K方频率过高，意味着损耗更多。通过这种工作模式，电压降低，频率下降5MHz也成为可能。

这个芯片是德州仪器的专利技术，把最小导程时间做到了14纳秒，目前业界最低水平也就是30纳秒。只有做到14纳秒才能让10MHz成为可能。10MHz意味着每个K方周期只需要100纳秒，如果是12V转1V，小于十分之一，导程时间只有十几、二十个纳秒。

       赵向源最后总结到，这两个产品都是德州仪器在电源管理领域创新的表现，利用创新技术引领整个行业的创新。产品的创新最终体现在终端客户产品的创新，终端客户产品的创新改变着每个人的生活，这是我们的初衷。