如何設計適用於48V輕度混合動力車輛的2 kW 48 V/12 V雙向功率模塊，並使用氮化鎵場效應晶體管
技術分享雜談GaN技術 – Tiziano Morganti
八月 25, 2022
環境壓力正在促使迅速採用更新、更清潔和更高效的交通選項。到2025年，預計每售出的10輛車中就有1輛是更省油的48V輕度混合動力車。這些系統將需要一個48V - 12V雙向轉換器，功率範圍從1.5 kW到6 kW。這些系統的設計優先事項是尺寸、成本和高可靠性。GaN電力轉換解決方案非常適合支持這些新型車型中的48V到12V雙向轉換器。
一個新的參考設計演示板EPC9165現已推出，可幫助迅速啟動2 kW雙向轉換器的設計。EPC9165是一個同步降壓/升壓轉換器，配有其他支持電路，包括電流傳感器和溫度傳感器。EPC9528控制板隨EPC9165一起提供，包含數字控制和內部電源管理；這塊板使用了Microchip的dsPIC33CK256MP503數字控制器。
利用新的電力電子技術的優勢，如在EPC9165演示板中使用的高可靠EPC2302，這款FET使工程師可以實現比傳統MOSFET設計好4倍的優良指標（晶片面積·Ron）。在相同的5V閘極電壓下，GaN FET的閘極電荷至少比MOSFET低5倍。GaN FET的其他重要優點包括更低的Coss、更快的電壓轉換、零反向恢復且物理尺寸更小。
EPC9165的熱管理使用了標準的商用第8磚散熱片。
在滿載時，EPC eGaN FET可以在500 kHz開關頻率下以96%的效率運行，使每相達到1 kW，而基於矽的解決方案由於100 kHz最大開關頻率下電感電流的限制，每相僅能達到600 W。此外，該解決方案是可擴展的；兩個轉換器可以並聯達到4 kW，三個轉換器可以達到6 kW，或僅使用一相達到1 kW。
一份完整的應用筆記如何設計2 kW 48 V/12 V雙向電源模塊（How2AppNote 031），詳細介紹了使用四個EPC2302封裝GaN FET的輕度混合動力車和電池備份單元的EPC9165雙向高功率轉換器的設計。
參考設計演示板如EPC9165是“試駕”新設計的完美工具！
所有設計文件包括原理圖、材料清單和Gerber文件可在EPC9165登錄頁面找到。