氮化鎵（GaN）正在成為多種功率轉換應用的首選技術，包括用于風能和太陽能系統(tǒng)中可再生能源應用的DC-DC轉換器。與硅基DC-DC轉換器相比，轉向GaN可實現(xiàn)更高的頻率，從而縮短了負載電流變化的響應時間。
雖然基于GaN的DC-DC升壓轉換器廣泛用于數(shù)據(jù)中心、計算和汽車應用，但它們也越來越多地用于智能電網(wǎng)實施，如太陽能逆變器和風力渦輪機的電機驅(qū)動器。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在提高轉換效率和功率密度方面的潛力是公認的，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)、汽車和航空航天應用封裝基于氮化鎵的DC-DC轉換器。
高效功率轉換（EPC）的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Alex Lidow承認電源轉換設計的這種轉變�！癎aN FET可以實現(xiàn)DC-DC轉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轉換器。
兩個設計示例
EPC 將其 eGaN FET 與瑞薩電子的控制器 IC 相結合，創(chuàng)建了一個演示板，可將 12V 輸入轉換為 48V 穩(wěn)壓輸出，開關頻率為 500kHz。輸出電壓可配置為 36 V、48 V 和 60 V，該板無需散熱器即可提供 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）相結合，無需微控制器（MCU）、電流檢測運算放大器、外部驅(qū)動器或偏置電源。它還具有輕負載工作模式、可調(diào)死區(qū)時間和過流保護。
在類似的設計工作中，EPC與ADI公司合作開發(fā)了一種參考設計板，該設計板的工作頻率為500 kHz，可將48-54 V的輸入電壓轉換為穩(wěn)定的12 V輸出;它每相可提供高達 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 EPC GaN FET，并集成了一個半橋驅(qū)動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)時間或可編程死區(qū)時間和高達 3 MHz 的可編程開關頻率。
EPC2218是一款100 V增強型GaN FET，對于96 V輸出和5 V輸入，效率高于12.48%。它可以提供高達 60 A 的連續(xù)電流和 231 A 的峰值電流，同時確保在 500 kHz 開關頻率下具有極小的開關損耗。
效率更高，成本更低
上述設計示例演示了GaN和壓降功能的組合如何在低負載下實現(xiàn)高效的功率轉換。集成控制器還消除了復雜的DC-DC轉換器控制軟件開發(fā)的需要，并提供了一種簡單且經(jīng)濟高效的驅(qū)動GaN晶體管的方法。
是什么推動GaN器件進入DC-DC轉換器設計？簡短的回答是功率密度的提高。然后，由于開關頻率高，元件數(shù)量更少，磁性元件更小，與硅MOSFET相比，這反過來又導致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技術的其他方面使其適用于DC-DC轉換應用。例如，GaN晶體管的開關能力可實現(xiàn)非常低的輸入和輸出噪聲。基于GaN的轉換器還允許電源系統(tǒng)設計人員創(chuàng)建現(xiàn)成的電源轉換解決方案。 |
