用于電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計的eGaN FET模塊介紹

電源轉(zhuǎn)換器我們不斷追求更高的輸出功率，更高的效率，更高的功率密度，更高的溫度操作和更高的可靠性，同時為設(shè)計人員提供更簡單的解決方案。 DrGaN PLUS ，如圖1所示，展示了eGaN FET在易于使用的構(gòu)建模塊中的高功率密度能力。占地面積比美國便士占用的空間小，優(yōu)化的半橋設(shè)計采用11 mm x 12 mm四層印刷電路板（PCB）開發(fā)，帶有安裝墊，可連接任何現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換器。

圖1：EPC9203 DrGaN PLUS 優(yōu)化的半橋構(gòu)建模塊。

半框圖 - 橋接電路設(shè)計，如圖2所示，由兩個eGaN FET，一個驅(qū)動器集成電路（IC），脈沖寬度調(diào)制（PWM）邏輯，死區(qū)時間調(diào)整和高頻輸入電容組成。這些元件的設(shè)計和布局對于充分利用eGaN FET技術(shù)的高速性能至關(guān)重要。 DrGaN PLUS 柵極驅(qū)動電路確保滿足eGaN FET的柵極驅(qū)動要求，并通過最新的GaN驅(qū)動器IC技術(shù)提供優(yōu)化的性能。用戶可以輸入兩個PWM信號來單獨(dú)控制器件，或使用板載邏輯和死區(qū)時間調(diào)整電路輸入單個PWM信號，并為降壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用獲得優(yōu)化的死區(qū)時間，以最大限度地提高性能。同樣位于板上的高頻輸入電容與兩個eGaN FET一起排列，采用優(yōu)化的PCB布局，最大限度地降低了共源極電感和高頻功率換向回路電感，從而降低了開關(guān)損耗和電壓過沖。 DrGaN PLUS 消除了復(fù)雜性，為設(shè)計人員提供了易于使用的優(yōu)化解決方案，可安裝焊盤安裝到PCB上，如圖1右側(cè)所示。

圖2：優(yōu)化半橋DrGaN PLUS 的框圖。

提高效率

隨著技術(shù)達(dá)到理論極限，硅基器件性能在過去十年中已經(jīng)放緩，并且封裝改進(jìn)受到更高電壓下固有溝槽結(jié)構(gòu)的限制。這就是GaN晶體管的用武之地。

第一種商用增強(qiáng)型GaN硅基功率器件是老化功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）的良好潛在替代品。 eGaN FET提供較低的品質(zhì)因數(shù)（FOM）和較低的封裝寄生效應(yīng)，與較低的寄生印刷電路板（PCB）布局相結(jié)合，與最先進(jìn)的硅（Si）技術(shù)相比，具有顯著的性能優(yōu)勢。圖3所示為EPC9203 DrGaN PLUS 模塊的開關(guān)波形，采用80 V EPC2021 eGaN FET。 GaN器件具有低導(dǎo)通電阻（RDS（on））和降低的開關(guān)電荷，可實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度和更高的工作電流以及低電壓過沖。這使電路設(shè)計人員能夠?qū)崿F(xiàn)更低的動態(tài)開關(guān)損耗和更低的靜態(tài)傳導(dǎo)損耗，從而提高轉(zhuǎn)換器效率。使用工作在300 kHz的80 V（V）eGaN FET的DrGaN PLUS 解決方案的效率如圖4所示。由eGaNFET提供的低動態(tài)開關(guān)損耗，開關(guān)頻率和功率密度系統(tǒng)可以在不犧牲性能的情況下增加，如500 kHz效率曲線所示。

圖3：eGaNFETdesign的開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形

（VIN = 48 V，VOUT = 12 V，IOUT = 20 A，fsw = 500 kHz）。

圖4：DrGaN的效率 PLUS EPC9203使用80 V EPC2021器件在300 kHz和500 kHz

目前有兩種版本的DrGaN PLUS 模塊，如表1所示下面。 40 A EPC9201使用40 V EP2015和30 V EPC2023。 20 A EPC9203使用80 V EPC2021。

部件號VDS（最大）ID（最大RMS）特色產(chǎn)品EPC9201 30 40 EPC2015/EPC2023 EPC9203 80 20 EPC2021

表1：DrGaN PLUS 部件號

總結(jié)

高性能GaN器件的引入提供了比傳統(tǒng)Si MOSFET技術(shù)更高頻率和更高效率切換的潛力?；趀GaN FET的DrGaN PLUS 構(gòu)建模塊通過為設(shè)計人員提供易于使用的方法來評估氮化鎵的卓越性能，展示了簡化高功率密度和高效功率轉(zhuǎn)換的能力晶體管。