48 V 正在被許多應用採用，包括 AI 系統、數據中心和輕度混合動力電動車。然而，傳統的 12 V 生態系統仍然占主導地位，因此需要高功率密度的 12 V 至 48 V 升壓轉換器。eGaN^® FET 的快速開關速度和低 R_DS(on) 可以幫助解決這一挑戰。在本文中，評估了使用 eGaN FET 直接驅動 eGaN FET 兼容的 Renesas ISL81807 控制器 IC 的簡單低成本同步升壓拓撲設計的 12 V 至 48 V、500 W 直流-直流電源模塊。

基於 eGaN FET 的兩相同步升壓轉換器設計

如圖 1 所示，多相同步升壓拓撲在直流-直流升壓轉換器設計中很受歡迎，因其簡單、易於控制和低成本。

在這個設計中，為 12 V 至 48 V、500 W 功率級選擇了額定電壓為 100 V、R_DS(on) 為 3 mΩ 的 EPC2218。 ISL81807 是一款 80 V 升壓控制器，可以直接驅動 eGaN FET。與數字控制器解決方案相比，模擬控制器解決方案不需要驅動 IC、電流感測 IC、家務電源 IC，因此大大減少了複雜性和物料清單 (BOM) 數量。該控制器採用電流模式控制，具有完整的保護功能，例如 UVLO 和過流保護。ISL81807 還允許設計師在恆定電流模式 (CCM) 和二極體模擬模式之間進行選擇，以提高輕載效率。轉換器的開關頻率設置為 500 kHz，選用了 2 μH 的電感器 (SER2011-202 Coilcraft)，其 DCR 為 1.3 mΩ，飽和電流為 37 A。

設計驗證

基於 EPC9166 的同步升壓轉換器如圖 2 所示。圖 3 顯示了在 5 A 輸出電流下開關節點電壓 v SW 的波形；開關速度快且干淨。圖 4 顯示了同步升壓轉換器的總體功率效率和功率損耗，在 12 V 輸入和 48 V 輸出時達到 96.6% 的峰值效率。

熱性能

在中等冷卻（約 400 LFM 強制空氣冷卻）下，轉換器在 12 V 至 48 V、10 A 輸出電流時的熱圖像 如圖 5 所示。觀察到溫升為 72°C。該電路板無需散熱器即可提供 480 W 功率。

結論

介紹了基於 ISL81807 控制器設計的 eGaN FET 兩相同步升壓轉換器 EPC9166。在 12 V 輸入和 48 V 輸出時，它可以提供 500 W 並達到 96.6% 的峰值效率和 72°C 的溫升，在中等冷卻情況下。整個解決方案包括四個 eGaN FETS，總芯片面積僅為 27.3 mm²。引入的 eGaN 兼容 IC ISL81807 通過集成門極驅動器、控制器、家務電源和電流感測放大器功能到單一芯片，大大降低了複雜性和成本。

Jianglin Zhu, Senior Applications Engineer