為什麼你不應該使用 Rds(on) 來選擇和比較開關電源轉換器中的設備
技術分享雜談GaN技術 – Andrea Gorgerino
八月 05, 2023
與電壓等級一起，RDS(ON) 是描述 Si MOSFET 以及 GaN FETs 的普遍參數。RDS(ON) 是技術平台中設備大小的良好指標，從而也是其成本的指標。然而，在大多數開關電源轉換器中，
損耗是導通損耗和開關損耗的組合。因此，RDS(ON) 並不是不同技術平台之間甚至同一技術平台內部性能的可靠指標。 尤其是在設計師從 Si MOSFET 轉換到 GaN FETs 時，這一點尤為真實。
由於其基本設備特徵，Si MOSFETs 和 GaN FETs 在參數上的權衡有很大的不同。比較它們更加複雜，因為缺乏能夠輕鬆比較不同製造商設備的工具。為應對這一挑戰，EPC 與
DiscoverEE 合作發布了一款基於超過 20,000 個 Si MOSFET 和 GaN FETs 的數據庫的
矽與 eGan FETs 交叉參考工具。 例如，使用該工具的默認條件，
用戶可以搜索 ONSemi FDMS2D5N08C (80V 2.2mO 設備) 的替代品。該工具依賴於來自數據表表格的簡化模型，並在給定的一組默認條件下計算等效性能指標（以瓦特表示）。
圖1顯示了這次搜索的結果，揭示了所有顯示的 GaN FETs 雖然具有更高的 RDS(ON)，但具有更好的功率損耗性能指標。
圖1 - ONSemi FDMS2D5N08C 的交叉參考結果
為驗證這一選擇，用戶可以使用 EPC 開發的這款 Buck 轉換器損耗計算工具。
該工具計算基本半橋拓撲結構中同步 Buck 轉換器的損耗。這種基本構建塊代表了許多不同的電源轉換器應用情況。圖2顯示了工具中典型 48 V 到 12 V、26 A Buck 轉換器在 500 kHz 下運行的主要結果（實際上列表更長）。
從這張表格中可以看出相同的趨勢：RDS(ON) 是總損耗的誤導指標。例如，EPC2088 在這次比較中具有最低的 RDS(ON)，
但損耗不是最低的，而 EPC2619 和 EPC2065
具有相同的 RDS(ON)， 但 EPC2619 表現要好得多。
圖2 - 在不同 RDS(ON) 設備的 Buck 轉換器控制開關中總損耗的比較
為驗證這一選擇，EPC 的應用組進行了 ONSemi FDMS2D5N08C 和最新一代 EPC2619 的真實對比。構建了兩個具有相同尺寸的電路板，並儘可能接近佈局，如圖3所示。
圖3 - EPC2619 (左) 和 FDMS2D5N08C (右) 測試板的頂部和底部視圖
比較結果如圖4所示，並確認了先前的比較：3.3mO 的 EPC2619 GaN FET 比 2.2mO 的 FDMS2D5N08C Si MOSFET 具有更低的損耗。請注意，測量結果還包含電感損耗（兩個板都使用相同的電感）。
圖4 - 在 48V 到 12V、26 A 的 Buck 轉換器中以 500kHz 運行的效率和損耗
從設計師的角度來看，RDS(ON) 是比較設備的簡單方法；然而，我們已經看到這是一個誤導的性能指標。此外，儘管我們看到的趨勢非常一致，但精確的權衡是特定於應用和條件的，這使得它們更難從簡單的數據表閱讀中評估。
這就是為什麼 EPC 投資於像 矽與 eGan FETs 交叉參考工具 和
Buck 損耗計算工具 這樣的工具，以快速引導用戶找到合適的 GaN FET。
希望這將減少將 RDS(ON) 作為主要設備選擇標準的使用。
了解傳統參數如 RDS(on) 的局限性對於電力電子技術的持續發展至關重要。 由 EPC 和 DiscoverEE 提供的交叉參考工具，使設計師能夠順利過渡從 Si MOSFETs 到 GaN FETs，從而最大化其系統性能。
開始優化您的設計 – 立即嘗試交叉參考工具。