LTC7891的GaN 400W電源模塊

本次與大家分享的是世健和ADI聯(lián)合舉辦的《在ADI電源產(chǎn)品的花園里“挖呀挖”》主題活動(dòng)的一等獎(jiǎng)文章：《LTC7891的GaN 400W電源模塊》及作者獲獎(jiǎng)感言。

獲獎(jiǎng)感言

LTC7891的GaN 400W電源模塊

非常感謝世紀(jì)電源網(wǎng)與世健組織的這次ADI產(chǎn)品應(yīng)用與技術(shù)分享活動(dòng)。在本次中得到一等獎(jiǎng)在驚喜之余又感覺特別幸運(yùn)。

在本次分享的活動(dòng)中，我結(jié)合了自己第一次做GaN電源過程中遇到的一些問題和心得進(jìn)行分享，希望大家能參與進(jìn)來，互相交流和探討，共同進(jìn)步，再次感謝世健和ADI，以后將會(huì)持續(xù)關(guān)注。

作者：feiyangziwo

所在行業(yè)：消費(fèi)類電源

應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)器人

應(yīng)用案例名稱：GaN的400W電源模塊

ADI電源產(chǎn)品類型：開關(guān)穩(wěn)壓器

ADI電源產(chǎn)品型號(hào)：LTC7891

前言

各位工程師們，大家好。本次給大家分享的產(chǎn)品是ADI專門給GaN設(shè)計(jì)的LTC7891控制器。

LTC7891是一款高性能、降壓DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓器控制器，通過高達(dá)100 V的輸入電壓驅(qū)動(dòng)所有N通道同步氮化鎵(GaN)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)功率級(jí)。作為此產(chǎn)品的控制核心配合GaN EFT的 EPC2306的BUCK降壓的模塊，具有寬壓輸入、高功率密度、體積小等特點(diǎn)。

現(xiàn)在市面上的電源模塊尺寸都比較大，成熟的隔離型400W電源模塊的尺寸多為1/4磚甚者更大，對(duì)于需要大功率電源模塊供電但對(duì)體積和散熱環(huán)境要求苛刻的機(jī)器人內(nèi)部是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，成品在售的非隔離型的400W模塊市場(chǎng)上更加少了。

GaN FET 它有著它獨(dú)特在高頻上和高功率密度的優(yōu)勢(shì)，可以通過提高電源開關(guān)頻率從而減小后端的功率電感L和濾波電容C的體積，而且轉(zhuǎn)換效率也能做到比較高。本次介紹產(chǎn)品的輸入電壓為：DC 36~75V，輸出電壓為：12V@33A。尺寸是：1/8磚，主控IC為：LTC7891。

01

原理圖和PCB設(shè)計(jì)

接下來我們看一下本次電源產(chǎn)品的原理圖：

再來看一下產(chǎn)品模塊和測(cè)試板的尺寸和布局示意圖：

接著是PCB制版圖。

以及物料BOM。

02

調(diào)試測(cè)試

這是板子回來焊接好的樣子，看著還不錯(cuò)。但是板子在調(diào)試中拉滿載的時(shí)候還是發(fā)現(xiàn)了一些問題：

在重載的時(shí)候SW過沖有點(diǎn)嚴(yán)重，而且已經(jīng)接近MOS的上限了，發(fā)熱也有點(diǎn)嚴(yán)重。大家可以看一下SW位置的測(cè)試圖：

波形展開細(xì)節(jié)，有多次過沖和震蕩?？梢钥紤]用RC吸收電路來消除過沖。

接下來我測(cè)量了震蕩的頻率，通過頻率來計(jì)算吸收的R和C的值，R設(shè)置為10R-0.5W。

通過吸收脈沖，雖然在重載的時(shí)候效率損失了0.1%左右，但是還是屬于可以接受的范圍內(nèi)了。

03

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

接下我將為大家來總結(jié)一下通過本次實(shí)驗(yàn)過程遇到的問題以及產(chǎn)品的特點(diǎn)，以及分享一些經(jīng)驗(yàn)技巧：

1.ADI的LTC7891柵極驅(qū)動(dòng)電壓可精確調(diào)節(jié)4V至5.5V，以優(yōu)化性能，來實(shí)現(xiàn)不同GaN FET甚至低邏輯電平的MOSFET，還可以通過配置死區(qū)時(shí)間，適配不同開關(guān)頻率下的最優(yōu)的效率設(shè)計(jì)。

2.GaN的驅(qū)動(dòng)電壓只有5V左右，而且開關(guān)頻率高（可以設(shè)計(jì)>1Mhz），所以驅(qū)動(dòng)環(huán)路在PCB layout的時(shí)候尤其需要注意，盡量走線最短和加粗，減少驅(qū)動(dòng)環(huán)路的寄生電感，要不Vg就很容易過沖或者下沖，一般的GaN的Vg最大值也只有6~7V，很容易導(dǎo)致Vg過壓損壞。

3.輸出的功率回路環(huán)路也需要特別注意，由于采用外部采樣電阻，所以功率回路會(huì)比較長(zhǎng)，要注意高頻電容的擺放，使得環(huán)路最小，減少SW過沖。

4.再有就是需要根據(jù)GaN參數(shù)配置合適的開關(guān)頻率，雖然GaN支持高速開關(guān)，但是pcb的環(huán)路做不好只能減小降頻來使用了。再有就是GaN做的比一般MOS管小，散熱設(shè)計(jì)也是非常需要注意的。現(xiàn)在有一些GaN FET支持TOP和BOTTOM都進(jìn)行散熱，感覺這樣會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的思路。

本次分享到此結(jié)束，感謝大家的閱讀。