EPC2152：80V，15A ePower™级

ePower 是 EPC 的商标，代表一系列将控制功能与电源输出设备相结合的集成电源级产品。我们称之为 ePower™ Stage。

电源转换中最常见的构建模块是半桥，可以用于同步降压、同步升压、LLC 转换器，甚至是切换电容或多级转换器。

最初，ePower™ 产品系列的重点将是一系列电源级（ePower Stage）产品，这些产品将包括与半桥输出 FET 集成的驱动功能。系列中的第一款产品 EPC2152 可在 80 V 的最大电压下工作，额定输出电流为 12.5 A，PWM 工作频率超过 2MHz。

在一年内，该系列将配备能够在 3 到 5 MHz 范围内高频工作以及每个电源级电流高达 15 A 到 30 A 的产品。

ePower™ Stage 设计为从 LOGIC IN 到 POWER OUT 的功能模块。它直接与 PWM 逻辑信号接口，无论是来自数字控制器还是模拟控制器，将 PWM 命令转化为能够处理高电压和高电流的输出功率脉冲。

使用离散 FET（无论是 GaN FET 还是 Si MOSFET）的传统设计需要使用外部栅极驱动器，并需要熟练的布局技术来实现最佳的栅极驱动。半桥设计需要额外关注电平转换和自举设计。

与离散 FET 相比，ePower™ Stages 简化了设计，节省了空间，切换速度更快，效率更高。

引用一句流行的话，“eGaN^® FETs 将粉碎 Si MOSFETs”，当输入电压和输出电流要求满足 ePower™ Stage 产品范围时，ePower™ Stage 将最终成为 电源模块 的首选。

市场上还有其他电源模块产品，主要是将 Si 栅极驱动器与 Si MOSFET 集成在多芯片模块或单片 Si IC 中。

在行业中，这类产品通常被称为 DrMOS。DrMOS 电源模块在 12 V POL 市场上多年来一直占据主导地位，相对于离散设计。然而，DrMOS 电源模块通常受到输入电压范围和工作 PWM 频率范围的限制。

EPC 的 ePower™ Stage 可以在更高频率下高效运行，因为它在 IC 内集成了 GaN 半桥。第一系列产品可以在 80 V 的最大电压下工作，PWM 频率超过 2 MHz。

这些 ePower™ Stage 规格满足 48 V DC-DC 和电机驱动逆变器应用的要求，并且超越了 DrMOS 电源模块的可能性。

EPC使用一种专有的GaN IC技术，能够将小信号器件和高压电平转换器件与输出功率FET集成在同一芯片上。

输出电流能力仅受芯片尺寸和热考虑的限制。对于需要更高电流的应用，EPC将利用多芯片封装能力，将ePower™阶段集成到即将推出的单一四方扁平模块（QFM）中。

EPC的GaN FET是建立在GaN外延层上的横向器件，活性器件区域与支持的Si基板之间有隔离层。

具有不同最大电压承受能力的小信号FET器件（从5V到100V FET）可以与电阻和电容等无源器件集成在同一芯片上。这形成了与GaN输出器件集成的有用电路的基本平台。

输出器件可以配置为半桥或其他拓扑结构。最重要的是，集成电路平台上的GaN输出器件与离散的GaN FET在性能指标上没有妥协。

传统的Si MOSFET结构是垂直导电的，称为VDMOS，不容易与小信号CMOS或双极性器件集成。

BDCMOS集成电路平台通常需要非常高的掩模数量来集成所有器件，而且输出的VDMOS器件效率低于优化的离散对应器件。

低电压单片BCD平台（小于40V）使用LDMOS，以便更容易地集成并具有可接受的性能。然而，两个BCD平台都存在基板电流导电问题，可能导致锁存。需要特殊的布局技术或使用昂贵的SOI结构来隔离输出FET，特别是在二极管导通期间。由于GaN FET没有寄生二极管，因此不太担心寄生基板电流导电。

GaN IC平台正处于开发的初期阶段，设备和电路技术可用的工具箱有限。Si IC技术非常成熟，BCD平台能够支持数字逻辑、精密模拟电路，最重要的是能够设计电流消耗非常低的电路。而GaN ICs目前的电流消耗通常更高，精度也较低。

未来GaN IC技术平台的增强将允许在芯片上设计故障检测和保护电路以及输出FET。最终可以增加传感功能，使控制器集成到ePower™ Stage产品系列中。

我们ePower™ Stage系列的第一款产品是EPC2152。它具有80V的最大输入电压和12.5A的额定输出电流，开关频率为1MHz PWM。根据工作条件，设备可以在PWM频率范围内运行，最高可达3MHz。

输出设备配置为半桥，高侧和低侧FET的R_DSon均小于10mΩ。内部栅极驱动电路与输出FET匹配，额定电流下从0V到60V的开关时间小于1ns。

高频操作是可能的，延迟时间小于20ns，高侧与低侧匹配的延迟时间使使用低于10ns的死区时间更加容易。

输入与3.3V逻辑兼容，允许用户直接与MCU或模拟控制器接口。

EPC2152采用晶圆级芯片级封装（WLCSP）在LGA轮廓中。焊球布局设计时考虑了电流流向，以最大限度地减少实际PCB应用中的功率环路电感。EPC的开发板（EPC90120）的功率环路电感小于0.2nH。

半桥配置的集成几乎消除了高侧和低侧FET之间的公共源电感（CSI）。集成的栅极驱动器消除了栅极驱动回路电感。这两者都贡献于快速的开关时间（<1ns）。

栅极驱动电平使用反馈进行内部调节，以单独匹配所驱动FET的栅极驱动要求，在需要时将其驱动到低R_DSon，同时始终保持在安全操作水平。

内部电平转换器设计为在所有八种开关节点过渡事件（轨道以上瞬态、接地以下瞬态和高dv/dt）中都能保持稳健。

另一个独特的设计是内部同步自举充电电路，该电路始终保持充电路径的低压降，并且没有Qrr，从而允许高频操作。

设计更容易，因为EPC2152配置为具有LOGIC IN和POWER OUT的功能模块。客户只需关注系统控制问题，因为ePower™ Stage负责将PWM命令转换为功率脉冲，具有最小失真和高效率。

制造更容易，因为CSP EPC2152替代了至少三个（3）离散芯片（栅极驱动器+2个FET），不包括同步自举电路。

与使用离散栅极驱动器和GaN FET（均为CSP封装）进行的可比离散设计相比，EPC2152至少节省33%的空间。与使用SMD封装的Si MOSFET设计相比，节省的空间更多。

在降压转换器中运行时，EPC2152的峰值效率超过96%，V_in = 48 V，V_out = 12 V，fsw = 1 MHz，I_out = 12.5 A。

EPC2152 主要用于需要高效率和小尺寸的 DC-DC 转换器。这些是电信、服务器和客户计算、工业、汽车和军事市场的关键优势。 由于 GaN IC 结构的独特特性，也瞄准了太空和其他高辐射环境。

可以使用 EPC2152 半桥配置构建不同的转换器拓扑结构。客户正在设计这些设备用于降压和升压转换器以及 LLC 转换器。一些客户甚至在尝试将该设备用于开关电容拓扑结构。

另一个有前途的应用是机器人、无人机和电动滑板车的电机驱动逆变器。这些电机驱动应用需要更轻的重量、更高的带宽和更低的转矩波动，这是使用 ePower™ Stage 构建的逆变器的优势。

设计支持的起点是 EPC2152 数据表，其中给出了电气规格和封装信息的详细信息。

EPC90120 开发板很好地展示了 EPC2152 在实际应用电路中的作用。除了了解设备的开关性能外，PCB 设计还提供了参考布局，以实现设备的最佳性能。请参阅 快速入门指南 和 Gerber 文件。

第一个使用EPC2152的完整参考设计将是一个10 ARMS、15 A峰值电机驱动逆变器，设计用于以超过100kHz的PWM频率驱动3相BLDC电机。

其他参考设计，如1/8砖2相降压DC/DC转换器和LLC转换器，计划用于EPC2152以及ePower™系列的其他产品。

EPC2152和EPC90120可通过DigiKey立即交付。