氮化鎵（GaN）正在成為多種功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用的首選技術(shù)，包括用于風(fēng)能和太陽(yáng)能系統(tǒng)中可再生能源應(yīng)用的DC-DC轉(zhuǎn)換器。與硅基DC-DC轉(zhuǎn)換器相比，轉(zhuǎn)向GaN可實(shí)現(xiàn)更高的頻率，從而縮短了負(fù)載電流變化的響應(yīng)時(shí)間。
雖然基于GaN的DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器廣泛用于數(shù)據(jù)中心、計(jì)算和汽車應(yīng)用，但它們也越來(lái)越多地用于智能電網(wǎng)實(shí)施，如太陽(yáng)能逆變器和風(fēng)力渦輪機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。在這里，分立式和集成式GaN解決方案的能效和功率密度至少是硅MOSFET的兩倍。
GaN在提高轉(zhuǎn)換效率和功率密度方面的潛力是公認(rèn)的，RAM Innovations總經(jīng)理Nigel Salter表示。他的公司與劍橋氮化鎵器件公司合作，為工業(yè)、汽車和航空航天應(yīng)用封裝基于氮化鎵的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
高效功率轉(zhuǎn)換（EPC）的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Alex Lidow承認(rèn)電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的這種轉(zhuǎn)變。“GaN FET可以實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換器的最大功率密度。
EPC最近與ADI公司和瑞薩電子攜手合作，幫助開發(fā)高密度、低成本的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
兩個(gè)設(shè)計(jì)示例
EPC 將其 eGaN FET 與瑞薩電子的控制器 IC 相結(jié)合，創(chuàng)建了一個(gè)演示板，可將 12V 輸入轉(zhuǎn)換為 48V 穩(wěn)壓輸出，開關(guān)頻率為 500kHz。輸出電壓可配置為 36 V、48 V 和 60 V，該板無(wú)需散熱器即可提供 480 W 功率。
EPC9166是一款500W DC-DC演示板，將EPC的EPC2218 eGaN FET與瑞薩電子ISL81807（80 V兩相同步升壓控制器）相結(jié)合，無(wú)需微控制器（MCU）、電流檢測(cè)運(yùn)算放大器、外部驅(qū)動(dòng)器或偏置電源。它還具有輕負(fù)載工作模式、可調(diào)死區(qū)時(shí)間和過流保護(hù)。
在類似的設(shè)計(jì)工作中，EPC與ADI公司合作開發(fā)了一種參考設(shè)計(jì)板，該設(shè)計(jì)板的工作頻率為500 kHz，可將48-54 V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的12 V輸出;它每相可提供高達(dá) 25 A 的電流或 50 A 的總連續(xù)電流。
LTC7890 是一款 100V 低 Iq 雙通道 2 相同步降壓型控制器，經(jīng)過全面優(yōu)化，可驅(qū)動(dòng) EPC GaN FET，并集成了一個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器和智能自舉二極管。這使其能夠提供優(yōu)化的接近零死區(qū)時(shí)間或可編程死區(qū)時(shí)間和高達(dá) 3 MHz 的可編程開關(guān)頻率。
EPC2218是一款100 V增強(qiáng)型GaN FET，對(duì)于96 V輸出和5 V輸入，效率高于12.48%。它可以提供高達(dá) 60 A 的連續(xù)電流和 231 A 的峰值電流，同時(shí)確保在 500 kHz 開關(guān)頻率下具有極小的開關(guān)損耗。
效率更高，成本更低
上述設(shè)計(jì)示例演示了GaN和壓降功能的組合如何在低負(fù)載下實(shí)現(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換。集成控制器還消除了復(fù)雜的DC-DC轉(zhuǎn)換器控制軟件開發(fā)的需要，并提供了一種簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)高效的驅(qū)動(dòng)GaN晶體管的方法。
是什么推動(dòng)GaN器件進(jìn)入DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)？簡(jiǎn)短的回答是功率密度的提高。然后，由于開關(guān)頻率高，元件數(shù)量更少，磁性元件更小，與硅MOSFET相比，這反過來(lái)又導(dǎo)致PCB面積明顯更小。例如：它允許使用非常小的1.3μH電感器。因此，在廣泛的負(fù)載范圍內(nèi)提高了能源效率，并降低了整體系統(tǒng)成本。
GaN技術(shù)的其他方面使其適用于DC-DC轉(zhuǎn)換應(yīng)用。例如，GaN晶體管的開關(guān)能力可實(shí)現(xiàn)非常低的輸入和輸出噪聲。基于GaN的轉(zhuǎn)換器還允許電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建現(xiàn)成的電源轉(zhuǎn)換解決方案。 |
