德州仪器，GaN技术爆发在即！

德州仪器成立于 1930 年。1958 年在德州仪器的实验室里，工程师 Jack Kilby 成功把电子器件集成在一块半导体材料硅上，发明出世界上第一颗集成电路。以此为基石，德州仪器始终专注设计、制造、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片。德州仪器初心未改，致力于通过半导体技术让电子产品更经济实用，让世界更美好。

2024年上海慕尼黑电子展，德州仪器带来了重点展示了三大板块：汽车电子、机器人、能源基础设施，涵盖从底层技术到先进产品和应用解决方案。最主要的看点还是在TI GaN产品对IGBT的广泛迭代应用。

一、GaN技术简介

1.1、GaN简介

氮化镓 (GaN) 是一款宽带隙半导体，与传统的硅金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 和绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 相比，它可以实现更高的功率密度和效率。GaN 能够比纯硅解决方案更有效地进行电量处理，将功率转换器的功率损耗降低 80%，并更大限度地减少对添加冷却器件的需求。通过将更多的电量存储在更小的空间内，GaN可以用来设计更小更轻的系统。

1.2、GaN技术优势

GaN 是第三代半导体材料，现在有越来越多的机器人和伺服器制造商开始探索如何在电机驱动器中使用 GaN。通过集成驱动器，TI GaN 器件可实现更小的尺寸，同时不受寄生参数的影响。

图| TI GaN技术优势

来源：德州仪器官网、与非研究院整理

二、德州仪器主要展示行业应用

2.1、机器人行业应用

2.1.1、电机驱动系统

德州仪器的GaN功率半导体提供了高效的参考设计，其高开关频率使得磁性元件体积缩小，提升了功率控制模块的功率密度，输出的有效功率更多。

图|德州仪器TIDA-010936参考设计

来源：德州仪器

德州仪器的电机驱动系统采用了第三代半导体技术，实现了体积小、效率高、输出功率大的优势。德州仪器的参考设计 TIDA-010936 是一个基于氮化镓的 48V、850W 三相GaN逆变器，适用于电机集成式伺服驱动器和机器人应用，展示了德州仪器在高功率密度设计方面的技术实力。同时，德州仪器也集成了门极驱动器和保护电路，如过流、过压监测等，以确保系统的稳定运行。

图|德州仪器TIDA-010936参考设计细节

来源：德州仪器

通过TI-GaN技术可以实现更高的性能，具体分为：GaN允许将PWM频率提高至100kHz及更高；零反向恢复：减少功率损耗，并缩短死区时间；散热盘可实现更好的热性能。

2.1.2、三相 GaN 智能电源模块 (IPM)

德州仪器采用无传感器 FOC 算法通过 C2000™ MCU 或 MSPM0 控制三相 PMSM 电机，先进的 650V 三相 GaN 智能电源模块 (IPM) 可实现超过 99% 的效率。硬件、GUI 软件和固件均经过测试且随时可用，有助于加快开发，从而缩短产品上市时间。

图|IGBT IPM和GaN IPM对比

来源：德州仪器

与IGBT IPM解决方案相比，利用GaN IPM可将逆变器电路板尺寸减小高达55%，同时具有低于其2倍的功率损耗。

2.1.3、AM62A 边缘运算处理器应用

在机器人设计的趋势和方向上，自学习和安全性是两个核心要素。AI 运算在边缘完成，使得机器人能够进行实时的自我学习和自主决策，确保操作的精准和运行的安全。德州仪器的 AM62A 边缘运算处理器是一款异构处理器，配备 2TOPS 深度学习加速器、多达四个 Arm® Cortex® A53 处理器以及用于视频和视觉处理的多个其他加速器，为机器人设计提供了强大的计算平台，同时 AM62A 处理器在缺陷检测等应用中发挥了重要作用。通过集成的摄像头和 AI 算法，可以实现对生产线产品的实时缺陷检测，输出产能、缺陷统计等关键数据。AM62A 的高算力和丰富的外设接口，使其能够直接处理摄像头信号，完成视频编解码等任务。其独立的 MCU 域和功能安全特性，也使其适用于汽车、监控等领域的高安全要求应用。

图| AM62A产品应用

来源：德州仪器

2.2、汽车电子应用

德州仪器作为一家全球性的半导体公司，在汽车电子电气架构领域提供了广泛的产品和解决方案。德州仪器的产品组合覆盖超过八万种，服务于全球十万多家客户，其中包括七千多种汽车级产品。

新能源汽车的核心在于其三电系统，即电池、电机和电控。电池管理系统负责监控每节电芯的电压和电流，实时跟踪电池的健康、容量和充放电状态，确保电池的性能和安全。德州仪器的BMS解决方案提供实时电池状态监控，保障电池健康与安全。结合车载充电器和双向直流转换器，德州仪器的系统满足新能源汽车在续航、安全和快速充电方面的电气系统需求。

图|德州仪器BMS系统

来源：德州仪器

德州仪器的处理器、微控制器和电机控制器在汽车的主力控制器和区域控制器中扮演着关键角色，提供高性能计算能力，确保车辆电子系统、底盘和电池系统的安全和效率。

在智能车辆信息娱乐处理单元方面，德州仪器的多核异构处理器在高级驾驶辅助系统领域发挥着重要作用，处理来自毫米波雷达、摄像头和激光雷达等传感器的数据，帮助实现数据类采集、融合运算、决策控制、驱动等整个链路的管理。

在车辆高速互联领域，德州仪器的产品从传统的 CAN 和 LIN 总线到基于以太网的车载网络，以及高速数据编解码器，如 FPD-Link™ 和 PCIe，提供实时、安全的数据传输解决方案。

图|德州仪器SoC和MCU应用

来源：德州仪器

电源管理是汽车电子的基石。德州仪器的电源管理 IC产品提供高集成度的解决方案，并符合 ISO 26262 功能安全标准。此外，德州仪器的智能保险丝技术为传统的继电器和熔断式保险丝提供了更精准、更智能的电路保护。

图|德州仪器ADAS产品

来源：德州仪器

在 ADAS 领域，德州仪器的传感器技术，包括毫米波雷达、摄像头和激光雷达，与高算力芯片相结合，实现从感知到决策的完整链路管理。同时，德州仪器的驾驶员监控系统和乘客监控系统等，提升了车辆的安全性和自主性。自动驾驶的自主控制单元面临多项技术挑战，包括在各种环境下的安全运行、数据的实时处理和 ISO 26262 功能安全认证。德州仪器基于 Arm® 的 MCU 和处理器，具备深度学习能力，支持客户通过安全功能认证。

德州仪器的技术和解决方案致力于使电动汽车更安全、更经济实用，满足市场对高效、可持续汽车技术的需求。

2.3、新能源行业应用

在能源基础设施领域，德州仪器致力于提供从能源采集到用电的全链路解决方案。这包括高压功率转换、电流电压传感、边缘处理、深度学习 AI 运算，以及电池管理系统。

2.3.1、储能行业

因为新能源的采集会受限于很多条件，比如气候、季节、天气，储能系统是解决新能源波动性的关键。德州仪器的解决方案覆盖户储、工商储以及电场级别的存储，支持在能源生产过剩时能够有效存储，并在需求高峰时释放能量。

凭借先进的电池管理、隔离、电流检测和高压电源转换技术，德州仪器可为从住宅、商业和工业系统到电压高达 1500V 的电网规模系统的设计提供支持。

图|德州仪器可堆叠电池管理单元(BMU)设计

来源：德州仪器

德州仪器系统级高压电池储能解决方案展示了 TI BMS 技术如何使储能系统 (ESS) 更安全、更可靠且更高效。它包括用于电池电芯电压监测和均衡的电池监测单元 (BMU)、用于电池簇电流、电压和绝缘监测的高压监测单元 (HMU) ，以及用于整个 BMS 解决方案系统控制的电池控制单元 (BCU)。

2.3.2、逆变器行业

借助德州仪器先进的数字电源转换、电流和电压检测产品以及连接和通信解决方案，可以加快节能、可靠的太阳能系统的开发，并轻松将其与储能系统和电动汽车充电基础设施等电网连接资源集成。德州仪器开发了基于 GaN 的1.6kW 单相微型逆变器和双向微型逆变器系列产品。

图|基于 GaN 的1.6kW 单相微型逆变器

来源：德州仪器

图|基于 GaN 的1.6kW 双向微型逆变器

来源：德州仪器

在能源基础设施领域，无论是风能还是太阳能，德州仪器通过精准监测和管理用电侧，帮助客户优化能源使用，识别用电峰谷，实现能源的合理分配。

德州仪器还关注电动汽车的高效充电技术，包括车辆到电网 V2G 和车辆到住宅 V2H 技术双向充电的概念，在这种充电模式中，电动汽车提供电池电源来满足电力需求。德州仪器可以主力实现车辆与电网或家庭的能源互动。

三、总结

德州仪器作为行业巨头，在第三代GaN 技术继续引领市场。可以为工业、汽车、能源基础设施等市场领域提供技术解决方案，并提供全方位支持，满足客户的设计需求，助力客户成功。