德州儀器（Texas Instruments, TI）推出了基于 IsoShield 多芯片封裝技術的隔離電源模塊系列，聲稱其功率密度比隔離電源設計中的分立解決方案高出 3 倍。

UCC34141-Q1 和 UCC33420 兩款產品借助 IsoShield 技術，將高性能平面變壓器與隔離級電源集成在單個封裝中。因此，在提供高達 2 瓦（W）功率的同時，尺寸可縮小多達 70%。除提升功率密度和效率外，IsoShield 還具備功能絕緣、基本絕緣和增強絕緣能力，助力實現更穩健、更可靠的電源設計。TI 在 2026 年應用電力與能源會議（APEC 2026）上發布了這款新型電源模塊。

德州儀器高壓產品部門副總裁兼總經理 Kannan Soundarapandian 表示，這些模塊將主要用作電動汽車（EV）牽引逆變器、電網級能源解決方案等應用中的一體化隔離偏置電源。

它們也瞄準了人工智能（AI）數據中心的電源市場。隨著高壓直流（HVDC）配電技術的興起，此類數據中心正采用與電動汽車相同的許多電源技術和拓撲結構，并對安全性、可靠性和耐用性提出相同的要求。

偏置電源的主要功能是為柵極驅動器供電。UCC34141-Q1 可為其提供超過 5 千伏有效值（kV RMS）的增強絕緣，以承受這些高壓系統的嚴苛工況。這些高壓系統正日益配備碳化硅（SiC）金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）等快速開關功率器件。“這些模塊適用于所有需要高端開關通斷的應用，” 桑達拉潘迪安在 APEC 2026 召開前的新聞發布會上表示。

多芯片封裝如何集成無源器件與功率芯片

傳統上，電源設計人員通過將電源轉換器與變壓器、電容器或電感器集成在單個封裝內的電源模塊來節省寶貴空間。TI 一直致力于通過新型先進封裝技術（如專有的 3D 磁封裝技術 MagPack，旨在有效替代外部電感器）進一步縮小無源器件與功率芯片的距離。

IsoShield 技術將高性能平面變壓器與隔離級電源共同封裝，把 DC-DC 偏置電源的復雜性濃縮至單個模塊中。電流隔離可阻止直流和不希望的交流高壓流通，同時實現信號和功率傳輸。

通過系統分區，它可防止高壓損壞系統的低壓側。此外，它還能消除地環路并抑制瞬態高壓，從而降低電磁干擾（EMI）和其他噪聲。

傳統的隔離偏置電源主要由專用 DC-DC 轉換器和一個龐大的變壓器組成 —— 該變壓器通常采用反激式拓撲，通過磁隔離邊界傳輸功率和信號。這些部件周圍需布置 30 多個其他分立元件，導致電路板擁擠不堪，破壞最大化功率密度的目標。在許多設計中，每個柵極驅動器通常都需要一個獨立的隔離偏置電源，進一步增加了復雜性和成本。

此外，這些復雜設計中固有的寄生電感（由電路板上較大的電流環路引起）和寄生電容（由變壓器繞組引起）是 EMI 的主要來源。因此，工程師被迫增加濾波措施并實施屏蔽。

TI 表示，IsoShield 將電源轉換器、變壓器和隔離器件全部集成至芯片級模塊中，將偏置電源的元件數量減少至 10 個以下。這顯著減小了電源系統的尺寸、高度和重量。在元件層面，車規級 UCC34141-Q1 在 5.85 × 7.5 × 2.6 毫米（mm）的封裝內可提供 1.5 瓦輸出功率。

通過將變壓器和隔離器件集成至模塊內部，TI 稱 UCC34141-Q1 還能通過最小化電路板上的電流環路尺寸并降低器件的共模電容來減少噪聲。因此，它能為前端的柵極驅動器提供更穩定的輸出電壓調節。將原邊和副邊控制與隔離器件完全集成，可在單個器件內實現 ±1.5% 調節精度的隔離式 DC-DC 偏置電源。

TI 于 2021 年推出了其首款帶有全集成變壓器的隔離電源模塊 UCC14240。TI 產品線經理 David Snook 指出，IsoShield 的技術改進在此基礎上又將整體解決方案尺寸縮小了 40%。

借助全新 IsoShield 封裝技術，TI 表示可將其前代隔離偏置電源模塊尺寸縮小約 40%。

覆蓋電動汽車與 AI 領域的隔離偏置電源模塊

桑達拉潘迪安表示，IsoShield 能在電動汽車領域發揮重要作用。電動汽車正迅速從 400 伏（V）架構轉向 800 伏（V）—— 甚至 1000 伏（V）以上 —— 以實現超快充和更長續航。通過省去專用 DC-DC 轉換器及其相關元器件，基于 IsoShield 的偏置電源模塊可減小牽引逆變器、車載充電器等設備的尺寸、成本和重量。

在 APEC 2026 展會上，TI 展示了該模塊在基于 SiC 的車規級 300 千瓦（kW）牽引逆變器參考設計中的應用。

數據中心也出現了最大化功率密度的相同壓力。在本月英偉達（NVIDIA）的 GPU 技術大會（GTC）上，TI 演示了面向 AI 服務器的 30 千瓦電源單元 —— 這一功率級別在幾年前還相當于整個機架的水平。

與此同時，基于英偉達 Blackwell GPU 的服務器機架每機架功耗已至少達到 120 千瓦。此外，電力公司正為英偉達 Rubin Ultra 超級芯片做準備，該芯片有望在今年年底將單機架功耗推高至 600 千瓦。

這種功率升級趨勢迫使更多功率被壓縮到機架、服務器及其內部電路板的緊湊且日益高熱的形態因子中。隨著傳統電源分配方案在 AI 領域達到極限，英偉達以及谷歌、Meta 和微軟等公司正采用 400 伏、800 伏及其他高壓直流架構，以降低配電損耗和龐大的布線。然而，所有這些高壓硬件都依賴于器件級的強大電流隔離來維持安全性和可靠性。

隨著整體功率密度的提升，由于開關速度更快和效率更高，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）正逐漸取代硅 MOSFET。在 10 千瓦以上的 AI 服務器電源中，功率因數校正（PFC）級正轉向更先進的多電平拓撲，如三電平飛跨電容交錯式 PFC。它們常采用快速開關的 SiC，以實現 99% 以上的峰值效率，同時減小無源器件尺寸并應對數據中心的散熱問題。

TI 表示，IsoShield 旨在解決這些寬禁帶半導體帶來的一些問題。SiC 和 GaN 的快速開關會產生快速的電壓（dv/dt）瞬變。這些瞬變會引發 EMI，通常與功率電路中寄生電感和電容引起的振鈴相關，可能導致意外的通態或致命的直通電流。因此，與硅 MOSFET 相比，SiC 和 GaN 通常需要對柵極驅動電壓進行更嚴格的控制。

通過集成變壓器和隔離器件，IsoShield 可實現 250 伏 / 納秒（V/ns）的共模瞬態抗擾度（CMTI）。這意味著，即使在牽引逆變器和服務器電源內部的噪聲環境中，偏置電源也能承受由開關引起的極端電壓波動。這些偏置電源必須提供低噪聲、快速瞬態響應的穩定電壓軌，以避免過沖和下沖，而過沖和下沖會降低效率和可靠性。

UCC34141-Q1 專為向 SiC 或其他高壓功率開關器件前端的柵極驅動器提供偏置功率而設計。通常，SiC 需要約 + 15 伏的正向柵極驅動電壓來快速導通，并需約 - 5 伏的反向電壓來快速關斷并確保其保持關斷狀態。該 DC-DC 電源模塊與外部分壓電阻配合，為柵極驅動器設置正向和負向輸出。

UCC14240-Q1 具有 5.5 至 20 伏的寬輸入電壓范圍，可適配多變的未穩壓輸出（如電動汽車電池組和儲能系統（ESS））或固定的穩壓輸出。

該電源模塊在高達 85 攝氏度（°C）的環境下可輸出 1.5 瓦功率，足以在分布式架構中為柵極驅動器供電。這種架構為每個柵極驅動器分配一個專用的、本地的且調節良好的偏置電源，通過消除單點故障來提高穩健性和可靠性。

例如，在一個帶有六個功率開關的牽引逆變器中，如果一個隔離偏置電源失效，其余偏置電源可繼續為其配對的柵極驅動器供電。只要其他開關繼續運行，電動汽車電機就能安全減速并關閉。

UCC34141-Q1 的先進控制架構還減小了輸出電容，使其能及時響應快速變化的負載電流。這種電流變化在電動機以及數據中心的 GPU 和其他 AI 級芯片中日益普遍。

工業級 UCC33420 尺寸更緊湊，具備超過 3 千伏有效值的絕緣能力。它設計用于基于 GaN 的隔離偏置電源等多種應用。