從開發板到降壓轉換器
技術分享雜談GaN技術 – Mark Gurries
八月 17, 2021
EPC 開發板提供在常見應用中評估 eGaN® FET 和 IC 的機會。例如,EPC9094 半橋開發板可以配置為降壓或升壓轉換器。EPC9094 具有新推出的 EPC2054 200 V 43 mOhm 最大 eGaN FET,封裝為 1.3 x 1.3 mm 2 x 2 針腳的 WLCSP。這個非常小的 FET 的極低 RDS(on) 值使其能夠支持從高壓供應的高電流負載。為了展示這種能力,我們將把 EPC9094 開發板修改為降壓轉換器。使用 140 V 的供應電源,Spice 模擬顯示 28 V 輸出在 2.5 A 將提供高達 90% 的效率。我們選擇了一個 Vishay IHLP-4040DZET330M11,33 uH,4.4 A,95 mOhm 最大,10.2 x 10.8 x 4 mm 的電感,這將在 500 kHz 下提供 40% 的漣波。輸出電容由四個 10 uF Y5V 50V 1210 陶瓷電容組成。模擬顯示,當切換頻率在 500 kHz 降至 375 kHz 之間變化時,漣波電流和總效率之間存在權衡。模擬還顯示,調整死區時間以允許從高到低的完全 ZVS 轉換最大化了降壓轉換器在輕負載下的效率性能。
圖 1:EPC9094 開發板
查看圖 1 中的 EPC9094 開發板,有多種配置選項和連接方式。右側是電源輸入,底部是電源輸出。板上包括輸入電壓的大容量電容。有足夠空間焊接大電感和您選擇的輸出電容。提供了輸入和輸出的電壓感測點,以允許高精度的效率測量。額外的引腳連接提供了門驅動偏壓電源和 PWM 信號輸入。最後,有兩個跳線,每個跳線提供三個設置。藍色跳線將板配置為單個 PWM 輸入的降壓或升壓,或雙獨立的高低側 FET PWM 輸入。紅色跳線配置死區時間選項。1)無旁路允許開發板內置的死區時間生成器運行,允許高低側 FET 的非對稱死區時間可定制。2)DT 旁路意味著開發板的死區時間電路被禁用。3)完全旁路將 PWM 輸入直接重新路徑到門驅動輸入,無信號處理延遲。最後一種模式特別允許這個開發板利用 On-Semi 的 NCP51810/20 高壓半橋門驅動內置的死區時間生成器,這是我們在本演示中使用的。最後,有三個螺絲安裝柱,正確的高度允許在 EPC2054 FET 的頂面上選擇性地安裝散熱器和 TIM 材料,這將大大擴展 FET 的功率處理範圍。
EPC 的開發板不附帶傳統的電源端子。然而,香蕉插座可以很容易地焊接到端子上,如圖 2 所示。對於 12 V 偏壓和 PWM 引腳輸入,可以使用鉤夾。BNC 到鉤夾適配器可用,使連接脈衝發生器變得簡單。
圖 2:EPC9094 連接
圖 3 顯示了降壓轉換器在 28 V 輸出下全負載 2.5 A 的切換波形。OnSemi 驅動器的死區時間設置為 40 nS 以允許從高到低的完全 ZVS。開發板設計在全功率時顯示了 93.3% 的峰值效率,運行溫度為 91°C。當切換頻率降低到 375 kHz 時,效率提高到 94%,峰值運行溫度降低到 86.9°C,如圖 5 中的熱成像所示。只有高側 FET 發熱。圖 4 顯示了 375 kHz 和 500 kHz 的效率數據和損失的完整表格和圖表。
圖 3:切換波形 140 VIN,28 VOUT,2.5 A

圖 4:375 kHz 和 500 kHz 的效率和損失圖表
圖 5:高側 FET 的熱成像
在這篇文章中,我們展示了如何輕鬆利用 EPC 開發板來評估給定 GaN FET 或 IC 在常見應用中的性能,幾乎不需要設置工作。在這篇文章中,我們將標準的 EPC9094 開發板配置為降壓轉換器,從 140 VIN 到 28 VOUT 在 2.5 A 下運行,以評估 200 V EPC2054 eGaN FET 在各種切換頻率下的性能。設定 40 ns 的死區時間以允許從高到低的完全 ZVS,轉換器在 375 kHz 切換下能夠在全功率時展示 94% 的效率。
有關所有可用開發板的完整列表,請參見 開發板選擇指南
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