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德州仪器（Texas Instruments, TI）推出了基于 IsoShield 多芯片封装技术的隔离电源模块系列，声称其功率密度比隔离电源设计中的分立解决方案高出 3 倍。

UCC34141-Q1 和 UCC33420 两款产品借助 IsoShield 技术，将高性能平面变压器与隔离级电源集成在单个封装中。因此，在提供高达 2 瓦（W）功率的同时，尺寸可缩小多达 70%。除提升功率密度和效率外，IsoShield 还具备功能绝缘、基本绝缘和增强绝缘能力，助力实现更稳健、更可靠的电源设计。TI 在 2026 年应用电力与能源会议（APEC 2026）上发布了这款新型电源模块。

德州仪器高压产品部门副总裁兼总经理 Kannan Soundarapandian 表示，这些模块将主要用作电动汽车（EV）牵引逆变器、电网级能源解决方案等应用中的一体化隔离偏置电源。

它们也瞄准了人工智能（AI）数据中心的电源市场。随着高压直流（HVDC）配电技术的兴起，此类数据中心正采用与电动汽车相同的许多电源技术和拓扑结构，并对安全性、可靠性和耐用性提出相同的要求。

偏置电源的主要功能是为栅极驱动器供电。UCC34141-Q1 可为其提供超过 5 千伏有效值（kV RMS）的增强绝缘，以承受这些高压系统的严苛工况。这些高压系统正日益配备碳化硅（SiC）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等快速开关功率器件。“这些模块适用于所有需要高端开关通断的应用，” 桑达拉潘迪安在 APEC 2026 召开前的新闻发布会上表示。

多芯片封装如何集成无源器件与功率芯片

传统上，电源设计人员通过将电源转换器与变压器、电容器或电感器集成在单个封装内的电源模块来节省宝贵空间。TI 一直致力于通过新型先进封装技术（如专有的 3D 磁封装技术 MagPack，旨在有效替代外部电感器）进一步缩小无源器件与功率芯片的距离。

IsoShield 技术将高性能平面变压器与隔离级电源共同封装，把 DC-DC 偏置电源的复杂性浓缩至单个模块中。电流隔离可阻止直流和不希望的交流高压流通，同时实现信号和功率传输。

通过系统分区，它可防止高压损坏系统的低压侧。此外，它还能消除地环路并抑制瞬态高压，从而降低电磁干扰（EMI）和其他噪声。

传统的隔离偏置电源主要由专用 DC-DC 转换器和一个庞大的变压器组成 —— 该变压器通常采用反激式拓扑，通过磁隔离边界传输功率和信号。这些部件周围需布置 30 多个其他分立元件，导致电路板拥挤不堪，破坏最大化功率密度的目标。在许多设计中，每个栅极驱动器通常都需要一个独立的隔离偏置电源，进一步增加了复杂性和成本。

此外，这些复杂设计中固有的寄生电感（由电路板上较大的电流环路引起）和寄生电容（由变压器绕组引起）是 EMI 的主要来源。因此，工程师被迫增加滤波措施并实施屏蔽。

TI 表示，IsoShield 将电源转换器、变压器和隔离器件全部集成至芯片级模块中，将偏置电源的元件数量减少至 10 个以下。这显著减小了电源系统的尺寸、高度和重量。在元件层面，车规级 UCC34141-Q1 在 5.85 × 7.5 × 2.6 毫米（mm）的封装内可提供 1.5 瓦输出功率。

通过将变压器和隔离器件集成至模块内部，TI 称 UCC34141-Q1 还能通过最小化电路板上的电流环路尺寸并降低器件的共模电容来减少噪声。因此，它能为前端的栅极驱动器提供更稳定的输出电压调节。将原边和副边控制与隔离器件完全集成，可在单个器件内实现 ±1.5% 调节精度的隔离式 DC-DC 偏置电源。

TI 于 2021 年推出了其首款带有全集成变压器的隔离电源模块 UCC14240。TI 产品线经理 David Snook 指出，IsoShield 的技术改进在此基础上又将整体解决方案尺寸缩小了 40%。

借助全新 IsoShield 封装技术，TI 表示可将其前代隔离偏置电源模块尺寸缩小约 40%。

覆盖电动汽车与 AI 领域的隔离偏置电源模块

桑达拉潘迪安表示，IsoShield 能在电动汽车领域发挥重要作用。电动汽车正迅速从 400 伏（V）架构转向 800 伏（V）—— 甚至 1000 伏（V）以上 —— 以实现超快充和更长续航。通过省去专用 DC-DC 转换器及其相关元器件，基于 IsoShield 的偏置电源模块可减小牵引逆变器、车载充电器等设备的尺寸、成本和重量。

在 APEC 2026 展会上，TI 展示了该模块在基于 SiC 的车规级 300 千瓦（kW）牵引逆变器参考设计中的应用。

数据中心也出现了最大化功率密度的相同压力。在本月英伟达（NVIDIA）的 GPU 技术大会（GTC）上，TI 演示了面向 AI 服务器的 30 千瓦电源单元 —— 这一功率级别在几年前还相当于整个机架的水平。

与此同时，基于英伟达 Blackwell GPU 的服务器机架每机架功耗已至少达到 120 千瓦。此外，电力公司正为英伟达 Rubin Ultra 超级芯片做准备，该芯片有望在今年年底将单机架功耗推高至 600 千瓦。

这种功率升级趋势迫使更多功率被压缩到机架、服务器及其内部电路板的紧凑且日益高热的形态因子中。随着传统电源分配方案在 AI 领域达到极限，英伟达以及谷歌、Meta 和微软等公司正采用 400 伏、800 伏及其他高压直流架构，以降低配电损耗和庞大的布线。然而，所有这些高压硬件都依赖于器件级的强大电流隔离来维持安全性和可靠性。

随着整体功率密度的提升，由于开关速度更快和效率更高，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）正逐渐取代硅 MOSFET。在 10 千瓦以上的 AI 服务器电源中，功率因数校正（PFC）级正转向更先进的多电平拓扑，如三电平飞跨电容交错式 PFC。它们常采用快速开关的 SiC，以实现 99% 以上的峰值效率，同时减小无源器件尺寸并应对数据中心的散热问题。

TI 表示，IsoShield 旨在解决这些宽禁带半导体带来的一些问题。SiC 和 GaN 的快速开关会产生快速的电压（dv/dt）瞬变。这些瞬变会引发 EMI，通常与功率电路中寄生电感和电容引起的振铃相关，可能导致意外的通态或致命的直通电流。因此，与硅 MOSFET 相比，SiC 和 GaN 通常需要对栅极驱动电压进行更严格的控制。

通过集成变压器和隔离器件，IsoShield 可实现 250 伏 / 纳秒（V/ns）的共模瞬态抗扰度（CMTI）。这意味着，即使在牵引逆变器和服务器电源内部的噪声环境中，偏置电源也能承受由开关引起的极端电压波动。这些偏置电源必须提供低噪声、快速瞬态响应的稳定电压轨，以避免过冲和下冲，而过冲和下冲会降低效率和可靠性。

UCC34141-Q1 专为向 SiC 或其他高压功率开关器件前端的栅极驱动器提供偏置功率而设计。通常，SiC 需要约 + 15 伏的正向栅极驱动电压来快速导通，并需约 - 5 伏的反向电压来快速关断并确保其保持关断状态。该 DC-DC 电源模块与外部分压电阻配合，为栅极驱动器设置正向和负向输出。

UCC14240-Q1 具有 5.5 至 20 伏的宽输入电压范围，可适配多变的未稳压输出（如电动汽车电池组和储能系统（ESS））或固定的稳压输出。

该电源模块在高达 85 摄氏度（°C）的环境下可输出 1.5 瓦功率，足以在分布式架构中为栅极驱动器供电。这种架构为每个栅极驱动器分配一个专用的、本地的且调节良好的偏置电源，通过消除单点故障来提高稳健性和可靠性。

例如，在一个带有六个功率开关的牵引逆变器中，如果一个隔离偏置电源失效，其余偏置电源可继续为其配对的栅极驱动器供电。只要其他开关继续运行，电动汽车电机就能安全减速并关闭。

UCC34141-Q1 的先进控制架构还减小了输出电容，使其能及时响应快速变化的负载电流。这种电流变化在电动机以及数据中心的 GPU 和其他 AI 级芯片中日益普遍。

工业级 UCC33420 尺寸更紧凑，具备超过 3 千伏有效值的绝缘能力。它设计用于基于 GaN 的隔离偏置电源等多种应用。

关键词： 德州仪器 UCC34141-Q1 UCC33420 隔离偏置电源