电子产品世界

全球各类行业会议正聚焦电源设计面临的功率密度挑战。从得克萨斯州奥斯汀举办的APEC 展会、本周在举办的英飞凌 AI 日，到前不久在圣何塞举办的GTC 大会，半导体厂商纷纷推出新方案，缩小电源系统体积、提升通流能力。

一、Power Integrations：GaN 赋能反激电源，功率上探 450W

Power Integrations（PI）采用更高效的氮化镓（GaN） 技术，升级其核心产品线TOPSwitch。这款经典单端反激转换器全球应用广泛，最新 GaN 版本将功率上限从250W 提升至 450W，可用于电动工具、电动自行车等高功率电池充电器。

PI 技术推广总监安迪・史密斯表示：“TOPSwitch 诞生于 1994 年，是 PI 的立身之本。我们的目标是打造高效、高性价比的电源转换器。全球每栋建筑里基本都有两颗 TOPSwitch 芯片。”

该器件采用反激拓扑与恒压控制，使用725V MOSFET，可将 60V–308V 交流电转为 1.8V–150V 直流电。传统单端反激上限约 250W，超过后I²R 损耗难以接受，通常改用半桥或谐振转换器。

“我们用 GaN 晶体管替换 MOSFET，让 230V 应用下反激方案可做到450W，进入此前禁区。”

TOPSwitch GaN（TSG）沿用 TinySwitch 的控制器与布局，20W–450W 功率范围无需改板。这对电池容量与充电速率快速提升的电动工具充电器尤为关键 —— 此前多用 LLC 谐振方案，而 TSG 成本更优。

“我们预计这款产品出货量将达数亿颗级别。”

为保障供应，PI 在蓝宝石晶圆上自研外延与反应器工艺：“蓝宝石供应几乎无限，LED 行业已充分验证。我们在美国、中国、亚洲其他地区均有晶圆厂伙伴，实现地域多元化。”

史密斯强调：“我们用 GaN 把反激带入新领域。关键不在新材料，而让设计师能用单端反激，替代双端或谐振架构。”

TSG 比原版 TinySwitch 更复杂，采用三颗独立裸片：低压共源极 FET、GaN 管与控制器，而非单片集成。

“我们用新型控制算法调控开关关断时间，全负载效率平坦，轻载下仅降约 10%。芯片自偏置，无需外部自举电路，开关频率约150kHz，满足全球 EMI 标准。效率与现有 TinySwitch 相当，约91%–92%，但用更简单的反激实现更高功率密度。”

二、德州仪器：IsoShield 集成隔离驱动，尺寸缩减 70%

功率密度同样是数据中心核心难题。

TI 高压产品总经理坎南・桑达拉潘迪安表示：“最大供电问题就是功率密度 —— 所有领域都要在更小空间塞下更多功率，最佳路径就是集成。”

TI 将平面变压器集成进封装流程，使隔离栅极驱动体积与高度缩减高达 70%。IsoShield技术已用于1.5W DC-DC 转换器，为 800V 电网高压晶体管供电。他称这是数据中心供应链的根本性变革。

“电源变压器是 1880 年代的技术，需要大量铜与叠层铜，如今交期长达 2.5 年，很多环节濒临崩溃。迈向 800V 是数据中心与电网的关键一步，从铜钢供应链转向硅供应链，800V 只是起点。”

IsoShield 在系统级封装（SIP）中通过内置空心平面变压器形成中间隔离屏障，几乎适用于所有需要高压侧开关的场景，汽车是典型市场。器件越小越轻，优势越明显，抗振动与板级可靠性也更强。

TI 产品线经理大卫・斯努克说：“我们拥有全集成 DC-DC 转换器，支持从基础到增强型全等级隔离。IsoShield 的独特之处在于基于我们现有封装技术演进，成为封装流程的一部分，因此相比上一代体积再缩40%。”

桑达拉潘迪安认为，高压晶体管驱动对数据中心愈发重要：

“现在数据中心的硅与电子元件密度前所未有。数据中心将取代汽车成为可靠性标杆。这些模块把电路从 30 颗器件减到不到 10 颗，直接影响 ** 平均无故障时间（MTBF）** 与电源寿命。”

他评价 NVIDIA GTC 大会：“展示的偏置电源支持极为可靠的设计，完整 800V 电源架构从电网直连栅极，含热插拔控制器与800V 转 6V、20kW 总线转换器，功率密度超2kW / 立方英寸，堪称史无前例。电源链末端还有6V 转 1V 以下多相降压转换器。未来数据中心的供电需求都能满足。”

三、英飞凌：TLVR 四相模块，电流密度超 2A/mm²

本周在台湾 AI 日，英飞凌展示面向高端 AI 数据中心的高电流密度四相电源模块 TDM24745T。该模块集成 OptiMOS MOSFET、TLVR（跨电感电压调节器）电感与去耦电容，封装尺寸9×10×5mm。

这是首款采用 TLVR 电感的模块，输出电容需求最多降低50%，助力系统设计师实现更高效、省空间的布局。

电流密度超2A/mm²，为高端 GPU 与 AI 处理器所需大电流内核轨路提供最高320A电流，支持芯片横向 / 纵向供电，节省宝贵 PCB 面积。

英飞凌电源 IC 与连接事业部高级副总裁兼总经理阿萨尔・扎伊迪表示：

“AI 负载以前所未有的速度扩张，对高效、极致紧凑供电的需求空前迫切。TDM24745T 重新定义大电流稳压的可能。我们将业界领先电流密度与 TLVR 技术融入极小尺寸，帮助客户释放更多算力、降低能耗，加速下一代 AI 数据中心部署。”

四、瑞萨电子：650V 双向 GaN 开关，单级转换简化拓扑

瑞萨电子开发出带直流阻断功能的双向 GaN 技术，可大幅减少 AI 数据中心等应用功率转换拓扑的开关数量Renesas。

这是首款采用耗尽型（d-mode）GaN的双向开关，单器件可阻断正负电流并集成直流阻断。此前瑞萨收购 Transphorm，将 d-mode GaN 技术融入电源产品线Renesas。

目标应用：单级太阳能微型逆变器、AI 数据中心、电动汽车车载充电器。TP65B110HRU大幅简化电源转换器设计，以单颗低损耗、快开关、易驱动器件替代传统背靠背 FET 开关组合Renesas。

单器件双向能力避免多级多开关桥电路设计。例如传统太阳能微型逆变器首段用四开关全桥做 DC-DC，再经第二段生成并网交流电。即便迈向高效单级转换器，工程师仍需克服固有开关局限。如今很多单级设计用传统单向开关背靠背，导致开关数量增至四倍、效率下降。

双向 GaN 改变设计选择，英飞凌、纳微、安世等均已开发增强型 GaN 双向器件。英飞凌将双向 GaN 列为未来关键趋势之一。

单颗 GaN 集成双向阻断功能，可用更少开关实现单级功率转换。例如典型太阳能微型逆变器仅需两颗瑞萨高压 SuperGaN 双向器件，省去中间直流母线电容，开关数量减半。此外 GaN 开关速度快、存储电荷低，支持更高开关频率与功率密度。实际单级微型逆变器中，新 GaN 架构效率超97.5%，取消背靠背连接与慢速硅开关。

这款650V SuperGaN基于专有常关技术，驱动简单、可靠性高。TP65B110HRU 将高压双向 d-mode GaN 芯片与两颗低压硅 MOSFET 共封装，具备3V 高阈值、±20V 栅极裕量与内置体二极管，实现高效反向导通。

这种共源极结构解决 d-mode 器件常通问题，同时让双向 GaN 开关兼容标准栅极驱动，无需负栅压。带来更简单、低成本栅极环路设计，在软 / 硬开关中均实现快速稳定切换，无性能损失。

这也让需要硬开关的功率拓扑（如维也纳整流器）受益于 **>100V/ns高 dv/dt 能力，振铃最小、通断延迟短，25℃下典型导通电阻110mΩ**。

瑞萨 GaN 事业部副总裁罗汉・萨姆西表示：“将 SuperGaN 技术扩展到双向 GaN 平台，标志功率转换设计规范的重大转变。客户能用更少开关器件、更小 PCB 面积、更低系统成本实现更高效率，同时借助瑞萨栅极驱动、控制器与电源管理 IC 的系统级集成加速设计。”

配套评估板支持不同驱动方案测试、交流过零检测与零电压开关（ZVS）软开关实现。

关键词： AI数据中心 GaN Power Integrations 德州仪器 IsoShield 英飞凌 瑞萨

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