雜談GaN技術

Efficient Power Conversion（EPC）執行長兼共同創辦人 Alex Lidow 在最近的一次專訪中，與 Power Systems Design 編輯 Ally Winning 討論了 EPC 與瑞薩（Renesas）的策略合作協議。該訪談探討了達成此協議的原因、第二供應來源的重要性，以及某些 eGaN 元件如何幫助在低電壓 GaN 市場中建立事實標準。

許多電源系統中使用的基本構建塊是半橋，它由兩個串聯的功率FET及其各自的閘極驅動器組成。雖然離散式FET和閘極驅動器可以在板上實現這個相同的功能，但通常使用半橋模組比較有利和有許多好處，包括使用單個預先通過認證的元件、更短的交付周期和具有更高的性能。有50多年歷史的電源模組供應商Sensitron（sensitron.com）使用了EPC的eGaN FET，使它的新產品更具吸引力。Sensitron與EPC合作使用新型EPC2050 GaN FET開發出350 V半橋模組SPG025N035P1B，這個半橋智慧功率模組專為商業、工業和航空航天應用而設計，額定電流為20 A，可用於控制5 kW以上的功率。如圖1所示，通過從Si和SiC元件升級至採用氮化镓元件，封裝尺寸顯著減小。

48 V 正在被許多應用採用，包括 AI 系統、數據中心和輕度混合動力電動車。然而，傳統的 12 V 生態系統仍然占主導地位，因此需要高功率密度的 12 V 至 48 V 升壓轉換器。eGaN® FET 的快速開關速度和低 RDS(on) 可以幫助解決這一挑戰。在本文中，評估了使用 eGaN FET 直接驅動 eGaN FET 兼容的 Renesas ISL81807 控制器 IC 的簡單低成本同步升壓拓撲設計的 12 V 至 48 V、500 W 直流-直流電源模塊。

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。

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。