48 V 正在被许多应用采用，包括 AI 系统、数据中心和轻度混合动力电动车。然而，传统的 12 V 生态系统仍然占主导地位，因此需要高功率密度的 12 V 转 48 V 升压转换器。eGaN^® FET 的快速开关速度和低 R_DS(on) 可以帮助解决这个问题。 本文评估了一种使用由瑞萨的 ISL81807 控制器 IC 直接驱动的 eGaN FET 的 12 V 转 48 V、500 W DC-DC 功率模块的设计，该模块采用简单且低成本的同步升压拓扑。

基于 eGaN FET 的双相同步升压转换器设计

如图 1 所示的多相同步升压拓扑因其简单性、易于控制和低成本而在 DC-DC 升压转换器设计中广受欢迎。

在此设计中，选择了 100 V 额定电压、R_DS(on) 为 3 mΩ 的 EPC2218 用于 12 V 转 48 V、500 W 功率级。 ISL81807 是一款 80 V 升压控制器，可以直接驱动 eGaN FET。与数字控制器解决方案相比，模拟控制器解决方案不需要驱动 IC、电流感应 IC、后勤电源 IC，从而大大降低了复杂性和材料清单 (BOM) 数量。控制器采用电流模式控制，具有完整的保护功能，如 UVLO 和过电流保护。ISL81807 还允许设计师选择恒定电流模式 (CCM) 或二极管仿真模式以提高轻载效率。转换器的开关频率设定为 500 kHz，并选择了 2 μH 电感 (SER2011-202 Coilcraft)，其 DCR 为 1.3 mΩ，饱和电流为 37 A。

设计验证

EPC9166 同步升压转换器如图 2 所示。图 3 显示了在 5 A 输出电流下的开关节点电压 v SW 波形；开关快速且干净。图 4 显示了同步升压转换器的总体功率效率和功率损耗，12 V 输入和 48 V 输出时的峰值效率为 96.6%。

热性能

图 5 显示了转换器在 12 V 转 48 V、10 A 输出电流下、适度冷却（约 400 LFM 强制风冷）时的热图像。观察到温升为 72 °C。该板无需散热片即可提供 480 W 功率。

结论

介绍了基于 ISL81807 控制器设计的 EPC9166 eGaN FET 双相同步升压转换器。在 12 V 输入和 48 V 输出时，它可以提供 500 W 功率，并实现 96.6% 的峰值效率和 72°C 温升，适度冷却。整个解决方案包括四个 eGaN FET，总芯片面积仅为 27.3 mm²。引入的 eGaN 兼容 IC ISL81807 可以通过集成栅极驱动器、控制器、后勤电源和电流感应放大器功能在单个芯片中直接驱动 eGaN FET，大大降低了复杂性和成本。

Jianglin Zhu, Senior Applications Engineer