GaN技术杂谈

Efficient Power Conversion（EPC）首席执行官兼联合创始人 Alex Lidow 在最近的一次采访中，与 Power Systems Design 编辑 Ally Winning 讨论了 EPC 与瑞萨（Renesas）的战略协议。此次采访探讨了达成该协议的原因、拥有第二供应来源的重要性，以及某些 eGaN 器件如何帮助在低压 GaN 市场中确立事实标准。

许多电源系统中使用的基本构建块是半桥，它由两个串联的功率FET及其各自的栅极驱动器组成。虽然分立式FET和栅极驱动器可以在板上实现这个相同的功能，但通常使用半桥模块比较有利。使用半桥模块有许多好处，包括使用单个预先通过认证的器件、更短的交付周期和具有更高的性能。有50多年历史的电源模块供应商Sensitron（sensitron.com）使用了EPC的eGaN FET，使它的新型产品更具吸引力。Sensitron与EPC合作，使用了新型EPC2050 GaN FET开发出350 V半桥模块SPG025N035P1B，这个半桥智能功率模块专为商业、工业和航空航天应用而设计，额定电流为20 A，可用于控制5 kW以上的功率。如图1所示，通过从Si和SiC器件升级至采用氮化镓器件，封装尺寸显著减小。

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 RDS(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。

现代显示器，如笔记本电脑和PC显示器，通常需要低功率升压转换器。在这种应用中，屏幕亮度从低到中等，转换器大部分时间在轻负载下运行，因此轻负载效率非常重要。eGaN FET的低开关损耗可以帮助解决这个问题。本次GaN Talk将探讨使用eGaN FET的简单低成本同步升压拓扑设计一个12V到60V、50W的DC/DC电源模块，具有低温升特性。

EPC开发板提供了在常见应用中评估eGaN® FET和IC的机会。例如，EPC9094半桥开发板可以配置为降压或升压转换器。EPC9094的特点是新发布的EPC2054 200 V 43 mOhm最大eGaN FET，封装为1.3 x 1.3 mm的2 x 2引脚WLCSP封装。这种非常小的FET的超低RDS(on)值使其能够支持高压电源的高电流负载。为了展示这一能力，我们将把EPC9094开发板修改为降压转换器。使用140 V电源，Spice模拟显示2.5 A负载下，输出为28 V，效率高达90%。选择了Vishay IHLP-4040DZET330M11电感，33 uH，4.4 A，95 mOhm最大值，10.2 x 10.8 x 4 mm，它将在500 kHz时提供40%的纹波。输出电容包括四个10 uF Y5V 50V 1210陶瓷电容。模拟显示在500 kHz到375 kHz之间改变开关频率时，纹波电流与整体效率之间存在权衡。模拟还显示，调整死区时间以允许从高到低的全ZVS过渡最大化了降压转换器在轻载下的效率性能。