現代顯示器，如筆記型電腦和PC顯示器，通常需要低功率升壓轉換器。在這種應用中，屏幕亮度為低到中等，且轉換器大多數時間在輕負載下運行，因此輕負載效率非常重要。eGaN FETs的低切換損耗可以幫助解決這個挑戰。本次GaN Talk將探討使用eGaN FETs在簡單且低成本的同步升壓拓撲中設計12 V到60 V、50 W的DC/DC電源模組，並具有低溫升特性。

小型且高效的基於eGaN®-FET的同步升壓轉換器設計

同步升壓拓撲在DC/DC降壓轉換器設計中因其簡單、易於控制和低成本而受歡迎。基於eGaN FET的同步升壓轉換器的原理圖如圖1所示。選擇100 V額定的eGaN FETEPC2052，其R_DSon為6 mΩ，作為12 V到60 V、50 W功率級的主要元件。使用具有高驅動強度的uP1966E閘極驅動器來驅動FETs。高側閘極驅動使用確保4.9 V閘極電壓的同步自舉電路EPC2038。數字控制允許亞10 ns的死區時間和靈活的控制方案開發。為了優化效率，使用兩個小型板載開關模式電源電路來產生閘極驅動器和數字控制器的5 V和3.1 V電壓。該維持電源還可以使用簡單的二極管“或”電路從高壓或低壓端口供電，實現雙向操作。

轉換器的開關頻率設計為500 kHz，以實現高輕負載效率，並使用10 μH的TDK鐵氧體電感器。在輕負載下，電感器核心和交流銅損耗是主要因素。因此，較大的電感器通過減少波紋從而降低核心損耗和交流銅損耗，提高了輕負載效率。

設計驗證

同步升壓轉換器EPC9162如圖2所示。圖3展示了0.15 A輸出電流時的開關節點電壓v_SW波形，顯示出快速且干淨的切換。

同步升壓轉換器在不同輸入電壓下的整體功率效率和功率損耗如圖4所示，峰值效率在12 V輸入和60 V、0.85 A輸出時達到95.3%。

在沒有強制風冷的情況下，轉換器在12 V到60 V、0.85 A輸出電流下運行的熱成像如圖5所示。溫升僅為40°C。顯然，在溫升較低或有強制風冷的情況下，GaN FETs可以承載更多電流。

結論

12 V到60 V、50 W的基於eGaN-FET的同步升壓轉換器實現了95.3%的峰值效率和僅40°C的溫升，其芯片尺寸僅為2.25 mm²。在輕負載效率至關重要的應用中，如筆記型電腦和顯示器的LED背光，eGaN FETs的快速切換速度顯著減少了切換損耗，提高了效率。此外，低溫升防止了設備過熱，同步升壓拓撲提供了一個簡單且低成本的解決方案。

Jianglin Zhu, Senior Applications Engineer