采用两相同步降压/升压拓扑的车用48 V/12 V评估电源模块（EPC9137、EPC9163、 EPC9165）
技术分享GaN技术杂谈 – Yuanzhe Zhang
2月 11, 2022
摘要
车用48 V/12 V评估电源模块（EPC9137、EPC9163、EPC9165等）采用两相同步降压/升压拓扑结构。边缘连接器和控制卡还设计为两个模块与控制器并联操作，有效地实现四相，从而使额定电流和功率翻倍。使用EPC9137模块的示例如图1所示。
图1：并联两个EPC9137、使用EPC9528控制器实现3 kW（12 V、250 A）输出。
连接
这种双板配置与四相转换器的区别在于12 V连接阻抗。理想情况下，该阻抗应该非常低，以消除电感器电流纹波。因此，应该使用母线或8 A WG短导线连接12 V（低电压），以确保低电阻，如图2所示。48 V（高压）母线的连接不那么关键。但是仍然优选低阻抗，以避免寄生谐振。地线（GND）也应与相应的母线配对，并避免接地回路。
图2：两个EPC9137与EPC9528控制器并联，显示48 V母线和12 V母线连接。12 V母线要求电路板与电路板之间的阻抗较低。
传感和PWM
传感和PWM信号通过边缘连接器传输，如图3所示。确保卸下两块板上J800上的任何跳线。控制器的3.3 V电压仅由板1提供。每个板都产生自己的5 V电源。由于边缘连接器上的引脚限制，仅支持双板並联。对PWM信号的相移进行修改，以确保适当消除纹波：PWM 1和2的相位相差180度，PWM 3和4也是如此，PWM 1和3之间的相移为90度。
图3：与控制器相连的两块电路板的框图。
控制
使用带外电流平衡的平均电流模式控制。简化的控制图如图4所示。外部电压环路产生用于相1电感器平均电流IL1的电流参考IREF。剩余的相电感器电流IL2、IL3、IL4被感测并与IL1相比较。如果存在任何不平衡，则会生成每个相位的占空比偏移Δd，以将不平衡降至最低。与主控制回路相比，这种情况发生的频率要低得多，通常工作在10 kHz时。
图4：平均电流模式控制回路控制图
散热
由于散热片的方向，板下风处的冷却气流会减少。接近额定功率运行时，至少需要2000LFM。由于冷却不足，实际输出功率可能小于两块板的总和。
实验结果
图5显示了在48 V输入和12 V输出下运行的两个EPC9137板的测量效率和损耗。图6显示了满载（12 V、250 A输出）时的相应热图像。由于气流的方向，放置在下风处的板较热。
图5：测量两个并联EPC9137的效率和损耗。VIN = 48V、VOUT = 12V、f = 250kHz。
图6：两个EPC9137的热图像示例。VIN = 48V、VOUT = 12V、IOUT = 250A、f = 250kHz。下风处的板子较热。
总结
车用48 V/12 V评估电源模块设计为并联，在适当冷却时，可实现两倍的额定功率。文章给出了详细的接线图、控制方法和平衡电流。采用两个EPC9137和一个EPC9528的示例系统在48 V/12 V、3 kW输出进行测试。