氮化鎵（GaN）正在成為多種功率轉換應用的首選技術(shù)，包括用于風(fēng)能和太陽(yáng)能系統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(shí)現更高的頻率，從而縮短了負載電流變化的響應時(shí)間。
雖然基于GaN的DC-DC升壓轉換器廣泛用于數據中心、計算和汽車(chē)應用，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)力渦輪機的電機驅動(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(chē)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 )始人兼首席執行官Alex Lidow承認電源轉換設計的這種轉變�！癎aN FET可以實(shí)現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(kāi)發(fā)高密度、低成本的DC-DC轉換器。
兩個(gè)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(gè)演示板，可將 12V 輸入轉換為 48V 穩壓輸出，開(kāi)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）相結合，無(wú)需微控制器（MCU）、電流檢測運算放大器、外部驅動(dòng)器或偏置電源。它還具有輕負載工作模式、可調死區時(shí)間和過(guò)流保護。
在類(lèi)似的設計工作中，EPC與ADI公司合作開(kāi)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(guò)全面優(yōu)化，可驅動(dòng) EPC GaN FET，并集成了一個(gè)半橋驅動(dòng)器和智能自舉二極管。這使其能夠提供優(yōu)化的接近零死區時(shí)間或可編程死區時(shí)間和高達 3 MHz 的可編程開(kāi)關(guān)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 的連續電流和 231 A 的峰值電流，同時(shí)確保在 500 kHz 開(kāi)關(guān)頻率下具有極小的開(kāi)關(guān)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(shí)現高效的功率轉換。集成控制器還消除了復雜的DC-DC轉換器控制軟件開(kāi)發(fā)的需要，并提供了一種簡(jiǎn)單且經(jīng)濟高效的驅動(dòng)GaN晶體管的方法。
是什么推動(dòng)GaN器件進(jìn)入DC-DC轉換器設計？簡(jiǎn)短的回答是功率密度的提高。然后，由于開(kāi)關(guān)頻率高，元件數量更少，磁性元件更小，與硅MOSFET相比，這反過(guò)來(lái)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提高了能源效率，并降低了整體系統成本。
GaN技術(shù)的其他方面使其適用于DC-DC轉換應用。例如，GaN晶體管的開(kāi)關(guān)能力可實(shí)現非常低的輸入和輸出噪聲�；贕aN的轉換器還允許電源系統設計人員創(chuàng )建現成的電源轉換解決方案。 |
