ST发布50WGaN功率变换器，面向高能效消费及工业级电源设计

意法半导体发布了公司首款采用氮化镓(GaN)晶体管的功率变换器件VIPerGaN50，能够简化最高50W的单开关反激式功率变换器设计，通过集成一个 650V 氮化镓 (GaN) 功率晶体管，使电源的能效和小型化达到更高水平。

▲50W GaN功率变换器 VIPerGaN50 简化节能电源设计

VIPerGaN50 采用单开关拓扑，集成很多功能，包括内置电流采样和保护电路，采用低成本的 5mm x 6mm 紧凑封装。芯片内部集成的 GaN 晶体管可应用于高开关频率，从而减小反激变换器的体积和重量。使用这款产品设计先进的高能效开关电源 (SMPS)，可显著减少外围元器件的数量。

 

VIPerGaN50 可帮助设计人员利用 GaN 第三代半导体技术来满足日益严格的生态设计规范，在全球实现节能降耗和净零碳排放。目标应用包括消费电源和工业电源，例如：电源适配器、USB-PD 充电器，以及家用电器、空调、LED 照明设备和智能仪表的电源。

为什么选择QR ZVS反激式转换器？

越来越小的充电器需要更高的功率密度。工程师经常在电视和其他电器的开关电源(SMPS)中使用准谐振(QR)零电压开关(ZVS)，也称为谷底开通，该拓扑结构正出现在更多产品中。原因在于，功率密度每过十年就变得越来越高。例如，现在的电视像素更高，功耗要求也更严格。同样，虽然50W充电器并非新产品，但消费者需要外观更小巧、且能给笔记本电脑、平板电脑、手机和其他设备快速充电的产品。 

▲越来越小的充电器

QR ZVS反激式转换器不断追求更高效率。业界经常选用准谐振转换器，主要是因为它的效率较高。传统PWM转换器在电压最高时开启器件，这会导致功率损耗随开关频率的增加而增加。工程师可使用缓冲电路缓解此类情况，但提高效率的最佳方法是软开关，这意味着在电压或电流为零时进行开关。为此，通过谐振（电感-电容或LC）将方波信号转换为正弦波形。在ZVS中，启动发生在曲线底部或谷底。多年来，工程师试图提高QR ZVS反激式转换器效率，而GaN正好给出一个新答案。 

VIPerGaN50 有哪些独特优势？

先进的GaN晶体管特性。VIPerGaN50 使用与MASTERGAN系列相同的650V GaN 晶体管，因此具有类似优势。例如，GaN的高电子迁移率意味着该器件可适用于高开关频率。因此，该器件可承受更大负载，同时减少损耗。有鉴于此，GaN可用于制造可输出更高功率、同时整体尺寸更小的电源。VIPerGaN50 是意法半导体此类别的首款产品，因此具有极大象征意义。意法半导体将继续把 GaN作为业务发展重点，使用具有更高规格的晶体管。因此，未来的 VIPerGaN 型号将具有更高的输出功率。

▲VIPerGaN50

多模式工作。VIPerGaN50有多种不同的工作模式，可根据其负载调整其开关频率，在所有输入电压和负载条件下，最大限度提高电源能效。在高负载下，准谐振 (QR) 模式配合零压开关可最大限度地减少导通损耗和电磁辐射 (EMI)。在轻负载下，跳谷底模式可以控制开关损耗，并利用意法半导体专有的谷底锁定技术防止产生人耳可以听到的噪声。频率折返模式配合零压开关可确保在轻负载条件下实现尽可能高的能效。自适应间歇工作模式可以在极低负载条件下最大程度降低功率损耗。此外，先进的电源管理功能可将待机功率降至 30mW 以下。

▲VIPerGaN50的多种不同工作模式

更佳的保护功能。VIPerGaN50内置功能确保电源的安全性和可靠性，包括输出过压保护、brown-in/brown-out，以及输入过压保护。还提供输入电压前馈补偿，以最大限度地减少输出峰值功率变化。其他安全功能包括嵌入式过温保护和最大限度地减少 EMI的频率抖动功能。因此，设计师可减少电路板上需要的组件，从而减少所用物料。