从开发板到降压转换器
技术分享GaN技术杂谈 – Mark Gurries
8月 17, 2021
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。
图1:EPC9094开发板
查看图1中的EPC9094开发板,有多个配置选项和连接。电源输入在右侧,电源输出在底部。板上包括输入电压的大容量电容。还有空间可以焊接大型电感和您选择的输出电容。提供了输入和输出的电压检测点,以实现高精度的效率测量。还提供了用于门驱动器偏置电源和PWM信号输入的附加引脚连接。最后,有两个跳线,每个跳线有三个设置。蓝色跳线配置板子以单PWM输入或双或独立高低侧FET PWM输入的降压或升压模式。红色跳线配置死区时间选项。1) 无旁路允许开发板内置的死区时间生成器工作,允许为高侧和低侧FET自定义非对称死区时间。2) DT旁路意味着开发板的死区时间电路被禁用。3) 全旁路将两个PWM输入直接重新路由到门驱动器输入,没有信号处理延迟。后一种模式特别允许此开发板利用On-Semi的NCP51810/20高压半桥门驱动器内置的死区时间生成器,这是我们在本演示中使用的。最后,有三个螺钉安装柱,高度合适,可选配散热器和TIM材料,以极大地扩展EPC2054 FET的功率处理范围。
EPC的开发板没有传统的电源端子。然而,可以很容易地将香蕉插座焊接到端子上,如图2所示。对于12 V偏置和PWM引脚输入,可以使用挂钩夹。可以使用BNC到挂钩夹适配器轻松连接脉冲发生器。
图2:EPC9094连接
图3显示了降压转换器在28 V输出下满2.5 A负载时的开关波形。OnSemi驱动器的死区时间设置为40 nS,以允许从高到低的全ZVS。开发板设计展示了满功率下最高93.3%的效率,工作温度为91°C。当开关频率降低到375 kHz时,效率提高到94%,峰值工作温度降至86.9°C,如图5中的热图像所示。只有高侧FET会变热。图4中显示了375 kHz和500 kHz效率数据的完整表格和图表。
图3:开关波形 140 V输入,28 V输出,2.5 A

图4:375 kHz和500 kHz时的效率和损耗图表及表格
图5:高侧FET的热图像
在这篇文章中,我们展示了如何轻松地利用EPC开发板来评估常见应用中的特定GaN FET或IC的性能,几乎无需设置工作。在这篇文章中,我们将标准的EPC9094开发板配置为降压转换器,从140 V输入到28 V输出,负载为2.5 A,以评估200 V EPC2054 eGaN FET在各种开关频率下的性能。设定死区时间为40 ns,以允许从高到低的全ZVS过渡,转换器在375 kHz下满功率时展示了94%的效率。
有关可用开发板的完整列表,请参阅开发板选择指南
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