SWIFTTM直流/直流轉換器家族是德州儀器針對36V以上電壓的轉換器產品，該家族產品不斷擴充，如今已經形成了從2A-40A電流的工作電流覆蓋。
德州儀器（TI）模擬產品業務拓展經理趙向源
日前，德州儀器（TI）模擬產品業務拓展經理趙向源又向媒體介紹兩款SWIFT家族的最新產品TPS548D22和TSP54A20，這是兩款電流能力更高、高功率密度提升到極限的新產品。TPS548D22是TI 推出的業界第一顆單相的降壓處理器，可以處理40-A的持續負載電流。TSP54A20特點是12-V、10-A，創新點是可以做到10-MHz工作頻率，這是此前業界沒有的。
最新SWIFTTM直流/直流轉換器家族產品圖譜
多核計算給電源提出新需求
趙向源表示，DSP需要更多的電壓值，不同的DSP對電壓的要求是不一樣的。DSP、FPGA、ASIC是做集體數據處理的，手機的處理器現在是2核、4核、8核，核數越來越高、工作頻率越來越高，意味著功率越來越大、電流越來越大。針對這些產品，電流是比較大的。
還有第二個要求。在處理數據的時候不可能穩定在一個工作頻率，不可能一直是最高功率的工作，因為這對它的功耗沒有好處。但是，也不能最低功耗、最小頻率的工作，這不能完全體現它的特性。說明它的工作頻率、處理能力是在不斷動態變化的。體現在電源上，就是對電源的負載能力要求是變化的，要求每個時間點的工作電流是不一樣的。工作電流是實時變化的。電流變化的時候，輸出電壓不能變，體現的就是負載調整率的問題。不管電流怎么變，電壓要保持穩定。這也是對DSP、FPGA的挑戰，特別是當工作電流較大的時候。有時候工作電流在1安培、2安培，有時候是20安培、30安培，在電流跳變的情況下，怎么保證輸出電壓的穩定性，這是針對DSP等處理器的電源特殊要求，要快速響應比較好的負載調整率。
因為它的輸入電壓低，核供電可能就是1V、0.8V、0.9V，甚至更低，這對電壓有高精度的要求。不可能設定0.8V，一會兒跳到0.7、0.9。因為電壓不同意味著工作頻率是在改變的，不能因為電源影響主處理器的工作。是因為主處理器需要多少功率，電壓供多少功率，而不能因為電源的變化影響主處理器，因此這要求輸出電壓比較精準。
高功率密度和高可靠性
DSP、FPGA優化的就是電流能力？如何做大電流？如何提高負載調整率？如何在電流負載變化的時候要保證電壓穩定？如何保證輸出電壓的精度？
多電壓和大電流等需求就給電源轉換器提出新挑戰。
比如高功率密度。怎么體現高功率密度？尺寸要做小、電流要做大。要想做這么大的高功率密度，意味著要在很小的尺寸、很小的封裝里處理很大的能量，這對效率有很高的要求。效率不高，損耗變大，如何處理熱？也無從談起在小封裝里處理熱。如果要提高功率密度，也就是要把尺寸變小，封裝技術肯定要不一樣，才能讓整體的芯片變小。我要處理更大的電流能力、更高的效率，同時放在很小的封裝里，這樣才能體現高功率密度。
另外一個特性是高性能，指的是輔助特性、更全的保護。因為用在工業環境里，甚至用在汽車里，安全、可靠、穩定肯定是芯片首要考慮的。趙向源表示，我們要放很多的域量、保護，包括電流的保護、電壓的保護、溫度的保護，處理各種故障信息。
趙向源還提到德州儀器的PMBus選配方案，PMBus就是比較簡單、簡易的數字電源。PMBus來源于數字通信的協議，只是簡單處理，專門優化成針對電源的協議，也就是數字電源。既然是數字電源，一般情況下都會開發與之配套的簡易圖形界面。大家通過這個圖形界面，可以在里面輸出配置信息、編程，甚至可以主動采集外界的信號，包括電壓信號、電流信號、溫度信號，做電源管理、熱管理、故障管理，這就是數字電源的好處。工業4.0需要自動化、智能化，肯定離不開電源的數字化。
TPS548D22：單相降壓可提供40A負載電流
目前，給40A的負載提供電流已經很常見了，在TPS548D22出現之前業界的轉換器單相均可以支持最高35A的電流，因此需要兩路來實現對40A負載電流的支持，這意味著控制是分兩端，外圍需要兩套器件，特別是需要兩個電感。整個系統里，磁性元器件的體積是最大的，要兩個電感，最終電源部分導致系統無法實現小型化。
趙向源表示，德州儀器的工程師考慮推出一個單相40A可以替代市場上傳統的多相方案，目的還是為了減小尺寸、提高功率密度。
這就需要開發出全面集成的單相同步轉換器。為什么提到全面集成？前面講到有兩個電感的，業界還有一個方案就是用控制器，外面掛很多MOSFET管。這也是一種方案。這個方案的電流處理能力很強，非常簡單。但是，問題是它是分離的方案，一個控制器外面掛這么多的MOSFET管，它的體積更大，同時對于工程師來說不是簡單好用的，不但要選控制器，還要選MOSFET管，而且MOSFET管的處理又是非常復雜的。
于是我們把MOSFET管集成在芯片里面，推出了第一顆集成MOSFET管的單相處理器，而且持續達到40A。
第二個特點是最高的整體輸出精準度。DSP等多核處理器的供電需要很高的電壓精度。如果精度不高，電壓變化，那么處理器的處理頻率也會跟著變化。德州儀器做到了全溫范圍-40度至125度，正負0.5%。業界只能做到常溫下的正負0.5%，或者全溫下1%或1.5%。
為了保證精確度，德州儀器使用了獨有的差分遠端檢測技術，直接檢測輸出的最后，直接檢測負載端的電壓，進行反饋。將PCB走線上的壓降損耗考慮在內，讓輸出電壓保持穩定。不光是芯片端保持穩定，還可以保持系統端的電壓穩定。通過這種技術可以保證整體的精確度。
第三，這個產品用到了比較新的控制技術D-CAP3，從而實現了動態響應速度快的特點。
據趙向源介紹，D-CAP3控制模式可以實現比較好的動態。對于傳統的電流模和電壓模，需要補償網絡。經過一個補償網絡，相當于加了一級濾波，信號就會產生延時。輸出突然跳變，加了延時，再反應就需要一定時間，不可能馬上響應，為了保持輸入穩定，時間是相當長的。對于COT來說，不需要補償網絡，負載的變化可以瞬間感受到，馬上進行控制，使負載控制率非常好。10-A變成20-A、10-A變成40-A，可以馬上感受到，并進行調節。這也是獨特的控制模式的優點，可以讓外圍更加簡單、讓負載調控更好。大電流、高精度、好的負載調控，這就是怎么讓DSP、ASIC更好工作的電源要求。所有的設計優化都是基于系統要求的。
TPS54A20：以10MHz頻率工作的12V/10A轉換器
趙向源很自信地表示，這個產品的特點是12V、10A，創新是可以做到10MHz頻率，這是業界沒有的。它的高功率密度可達50A/cm3，是目前業界其它電源解決方案的4倍。
它的占用面積最小，利用TotRod封裝技術。利用這種封裝，可以將尺寸做得非常小，10A、10MHz，做到3.5MHz小，面積是業界同類產品尺寸的二分之一，小于一半。
第三個是高度。這個產品芯片的高度是1mm，整個方案最高的高度是電感，只有1.2mm。
業界的水平是什么樣的？如果不用10MHz，只用500K，意味著要用4.8mm額的高度，而TPS54A20只有1.2mm。
趙向源表示，現在刀片式服務器都是模塊化生產，服務器的很多處理器都是插卡式的。還有大家比較熟悉的內存卡，也是插進去的。器件只能放在板子的一面，另外一面是不能放東西的。因為另外一面放東西就插不進去。針對這個情況，TPS54A20做到了業界最小的1.2mm，使可插槽變成可能，背面也可以放產品，這樣讓系統板的尺寸變得更小。
最后一個優點是最高的運行頻率。對于12-V、10-A的產品，業界比較多的就是500KHz，最高是1MHz，直接用到了10MHz，是用比較新的拓撲結構實現的，這個產品的關鍵是功率密度是業界的4倍，而且是高度最低的，也是業界的四分之一。
趙向源表示，我們使用的是比較獨特的控制模式。這是一個降壓控制器，在里面加了一個串聯電容，這是跟業界其它降壓處理器不同的地方。不要小看這一個電容。加了這一個電容，才能實現10-MHz，才能做到高效、高頻。
首先，加了10-MHz，電容的電壓只需要是輸出電壓的二分之一，比如12V轉1V，電容電壓只有6V，因此MOSFET管上的電壓只需要6V，這給系統帶來的效率更高，安全性也更高。
第二，我們的產品是兩相的，只需要兩個電感，兩相是交錯工作的，頻率是10MHz，對于每一相來說，只需要5MHz，也可以優化效率。因為K方頻率過高，意味著損耗更多。通過這種工作模式，電壓降低，頻率下降5MHz也成為可能。
這個芯片是德州儀器的專利技術，把最小導程時間做到了14納秒，目前業界最低水平也就是30納秒。只有做到14納秒才能讓10MHz成為可能。10MHz意味著每個K方周期只需要100納秒，如果是12V轉1V，小于十分之一，導程時間只有十幾、二十個納秒。
趙向源最后總結到，這兩個產品都是德州儀器在電源管理領域創新的表現，利用創新技術引領整個行業的創新。產品的創新最終體現在終端客戶產品的創新，終端客戶產品的創新改變著每個人的生活，這是我們的初衷。