超小型な電源：USB PD用途向けの超小型、高効率の180 WのGaNバック（降圧型）・コンバータ評価基板
GaNの話 – Parinda Chantarasereekul
8 08, 2025
より高い電力密度と効率を求める競争の中で、評価基板のEPC91109は、USB Power Delivery（USB-PD）やこの他の小型アプリケーションにおける窒化ガリウム（GaN）FETの能力を完全に発揮できるように設計しました。
USB PD用途向けの小型電源設計
EPC91109は、USB用途向けに20 V～36 V入力から12 V、16 V、20 Vの安定化出力電圧への降圧変換に最適化した2相同期整流型バック（降圧型）・コンバータのリファレンス・デザインです。この柔軟性と、24×24 mmの超小型パワー段を組み合わせることで、最大180 Wまでのノート・パソコンやこの他のUSB PDベースの用途に最適です。
EPC91109の内部：GaN FET＋2相バック・コントローラ
EPC91109の心臓部には、4個の50 VのGaN FET（EPC2057）を搭載し、8.5 mΩの低オン抵抗RDS(on)と高速スイッチングを1.5×1.2 mmという小型サイズで実現します。これらは、米アナログ・デバイセズのデュアル・フェーズのバック・コントローラLTC7890によって駆動され、デッドタイムがほぼゼロのスイッチングを可能にします。この高速スイッチングと最小のデッドタイムの組み合わせによって、ヒートシンクや強制空冷を必要とせずに、高効率と高電力密度を実現します。
図1：電源回路EPC91109
性能のハイライト：180 W出力、98%以上の効率
EPC91109は、小型なサイズにもかかわらず、36 Vバスから12 V負荷に最大14.3 Aを供給できる優れた特性を備えています。これによって、USB PD 3.1仕様に準拠したUSBケーブル経由で最大180 Wの電力供給が可能になります。このコンバータは、970 kHzのスイッチング周波数で動作し、ヒートシンクや強制空冷を必要とせずに、ピーク効率と全負荷効率98%以上を達成します。
図2：複数の入力電圧とVOUT＝16 V、エアフローなし、ヒートシンクなしの状態でEPC91109基板を測定した効率
測定結果：効率、リップル、過渡応答
EPC91109は、その信頼性と性能を実証するために、実世界の動作条件下で徹底的に検証しています。一般的なテスト・シナリオ、すなわち36 V入力、12 V出力、14.3 A負荷において、この基板はヒートシンクや強制空冷を使わずに、熱的安定性を維持しながら、安定した高効率の電力変換を提供します。
熱画像検査によって、最大定格電流時でも、基板は安全な温度範囲内に留まり、外部からのエアフローがない状態でも熱定常状態に達することを確認しました。電圧の安定化は、負荷電流と入力電圧の範囲全体にわたって厳密に制御され、変動は最小限に抑えられました。
図3：エアフローやヒートシンクなし、36 V入力、12 V出力で動作し、負荷に14.3 Aを供給しているEPC91109の定常状態で測定した熱画像
加えて、過渡応答は丈夫で、十分に減衰されており、全負荷の10%から90%（およびその逆）への負荷ステップ変化中、出力リップルは、ピーク・ツー・ピークで50 mV以下を維持しました。
図4：36 V入力、12 V出力で動作し、14 Aの10%から90%、および90%から10%の負荷ステップ変化で測定したEPC91109の過渡波形
これらの測定は、電力出力とスイッチ・ノードで直接実施し、EPC91109が性能の期待値を満たすだけでなく、GaN技術によって可能になったシンプルさと熱効率によって、これを実現することを示しています。
アプリケーション固有のテスト向けにEPC91109を構成
評価基板のEPC91109は、直感的なジャンパ設定による高度な構成柔軟性を提供し、技術者は特定のアプリケーションのニーズに合わせて動作を容易に専用化できます。ユーザーは、出力セレクタのヘッダー上の1つのジャンパを使って、3種の一般的な出力電圧（12 V、16 V、20 V）から選択できるため、この基板は、さまざまなUSB Power Deliveryの構成に適しています。
設計の柔軟性を高めるため、この基板は、デュアル出力のバック・コンバータ、またはシングル出力の2相インタリーブ・コンバータとして構成することができ、電流分割の改善とリップルの低減を可能にします。さらに、技術者は、3種のプリセット・デッドタイム設定（ほぼゼロ、約5 ns、または20 ns）から選択することでスイッチング性能を微調整し、効率と安全なスイッチング動作のバランスをとることができます。
軽負荷動作もジャンパで調整可能で、Burst Mode®、スキップ・モード、電流連続モード（CCM）をサポートしているため、設計者は低負荷状態での電力消費と雑音特性を最適化できます。
これらの機能によって、EPC91109は、GaNベースの高性能電力変換を評価するための多用途で技術者に優しいプラットフォームになります。
図5：EPC91109のセレクタ・ポイントの位置とモード設定の指定
電源投入の準備はできましたか？
もし、あなたが次世代のポータブル電源システムを開発しているなら、EPC91109は、シリコンでは到底実現できない性能をGaNがどのように実現できるかを実際に体験できる機会を提供します。
EPC91109 の完全な仕様と技術文書については、製品ページをご覧ください。
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