解鎖緊湊電源： 超緊湊、高效率 180 瓦 GaN 降壓轉換器評估板 適用於 USB PD 應用
技術分享雜談GaN技術 – Parinda Chantarasereekul
八月 08, 2025
在追求更高功率密度與效率的競賽中，EPC91109 評估板旨在展示氮化鎵（GaN）FET 在 USB Power Delivery（USB-PD）與其他緊湊型應用中的完整潛能。
適用於 USB PD 應用的緊湊型電源設計
EPC91109 是一款雙相同步降壓轉換器參考設計，優化用於將 20 V 至 36 V 的輸入電壓降壓為 12 V、16 V 或 20 V 的穩壓輸出，這些是 USB 應用中常見的電池電壓。這種靈活性結合僅有 24 x 24 mm 的微型功率級，使其非常適用於筆記型電腦與其他基於 USB PD 的應用，功率最高達 180 W。
EPC91109 內部解析：GaN FET + 雙相降壓控制器
EPC91109 的核心為四顆 EPC2057 50 V GaN FET，擁有 8.5 mΩ 的低 RDS(on) 與高速開關能力，尺寸僅為 1.5 x 1.2 mm。這些元件由Analog Devices 的 LTC7890 雙相降壓控制器驅動，可實現幾乎零死區時間的開關操作。高速切換與最小死區時間的組合，即便無需散熱器或強制風冷，也能實現高效率與高功率密度。
圖 1：EPC91109 電源電路圖
性能亮點：180 W 輸出，效率超過 98%
儘管體積緊湊，EPC91109 仍展現出色的性能，能從 36 V 電源匯流排向 12 V 負載提供高達 14.3 A 的電流。根據 USB PD 3.1 規範，可透過 USB 線傳輸最高達 180 W 的功率。轉換器運作於 970 kHz 的開關頻率，達成超過 98% 的峰值與滿載效率——全部無需使用散熱器或風冷。
圖 2：EPC91109 板在多種輸入電壓、VOUT = 16 V 下測得的效率，未使用風冷與散熱器
實測結果：效率、漣波與暫態響應
EPC91109 已在實際操作條件下進行全面驗證，以證明其可靠性與性能。在典型測試情境中——36 V 輸入、12 V 輸出與 14.3 A 負載——此電路板在無散熱器與風冷的情況下，仍可穩定提供高效率的電源轉換並保持熱穩定性。
熱成像確認，即使在最大額定電流下，電路板仍能維持在安全溫度範圍內，並在無外部氣流的情況下達到熱穩態。整體電壓調節亦非常精準，在各種輸入電壓與負載電流範圍內波動極小。
圖 3：EPC91109 在 36 V 輸入、12 V 輸出與 14.3 A 負載下運行時的穩態熱成像圖，未使用氣流或散熱器
此外，暫態響應表現強勁且具良好阻尼：當負載從滿載的 10% 快速變化至 90%（及反向）時，輸出漣波仍維持在低於 50 mV 峰對峰值。
圖 4：EPC91109 在 36 V 輸入、12 V 輸出與負載從 10% 到 90%、再從 90% 回到 10% 的 14 A 條件下的暫態波形
這些測量結果——直接在電源輸出端與開關節點取得——顯示 EPC91109 不僅符合性能期望，更因 GaN 技術帶來簡化的設計與卓越的熱效率。
根據應用需求配置 EPC91109
EPC91109 評估板透過直觀的跳線設計提供高度可配置性，讓工程師可輕鬆依照其特定應用需求進行調整。使用者可透過輸出選擇器上的單一跳線，在三種常見輸出電壓——12 V、16 V 或 20 V——之間切換，使其適用於多種 USB PD 應用情境。
為了提供更高的設計靈活性，此電路板可配置為雙輸出降壓轉換器，或作為具單一輸出的雙相交錯式轉換器，以提升電流分擔與降低輸出漣波。此外，工程師亦可透過三種預設死區時間設定（近乎零、約 5 ns 或 20 ns）微調開關性能，在效率與切換安全性間取得最佳平衡。
輕載操作模式亦可透過跳線設定，包括支援 Burst Mode®、Skip Mode 與連續導通模式（CCM），協助設計者在低負載條件下優化功耗與噪聲特性。
這些特性使 EPC91109 成為一個多功能且友善工程師的評估平台，適用於高效能 GaN 電源轉換設計。
圖 5：EPC91109 模式設定點的位置與說明
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