用于电源转换系统设计的eGaN FET模块介绍

电源转换器我们不断追求更高的输出功率，更高的效率，更高的功率密度，更高的温度操作和更高的可靠性，同时为设计人员提供更简单的解决方案。 DrGaN PLUS ，如图1所示，展示了eGaN FET在易于使用的构建模块中的高功率密度能力。占地面积比美国便士占用的空间小，优化的半桥设计采用11 mm x 12 mm四层印刷电路板(PCB)开发，带有安装垫，可连接任何现有的转换器。

 

 

图1：EPC9203 DrGaN PLUS 优化的半桥构建模块。

半框图 - 桥接电路设计，如图2所示，由两个eGaN FET，一个驱动器集成电路(IC)，脉冲宽度调制(PWM)逻辑，死区时间调整和高频输入电容组成。这些元件的设计和布局对于充分利用eGaN FET技术的高速性能至关重要。 DrGaN PLUS 栅极驱动电路确保满足eGaN FET的栅极驱动要求，并通过最新的GaN驱动器IC技术提供优化的性能。用户可以输入两个PWM信号来单独控制器件，或使用板载逻辑和死区时间调整电路输入单个PWM信号，并为降压转换器应用获得优化的死区时间，以最大限度地提高性能。同样位于板上的高频输入电容与两个eGaN FET一起排列，采用优化的PCB布局，最大限度地降低了共源极电感和高频功率换向回路电感，从而降低了开关损耗和电压过冲。 DrGaN PLUS 消除了复杂性，为设计人员提供了易于使用的优化解决方案，可安装焊盘安装到PCB上，如图1右侧所示。

 

 

图2：优化半桥DrGaN PLUS 的框图。

提高效率

随着技术达到理论极限，硅基器件性能在过去十年中已经放缓，并且封装改进受到更高电压下固有沟槽结构的限制。这就是GaN晶体管的用武之地。

第一种商用增强型GaN硅基功率器件是老化功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的良好潜在替代品。 eGaN FET提供较低的品质因数(FOM)和较低的封装寄生效应，与较低的寄生印刷电路板(PCB)布局相结合，与最先进的硅(Si)技术相比，具有显着的性能优势。图3所示为EPC9203 DrGaN PLUS 模块的开关波形，采用80 V EPC2021 eGaN FET。 GaN器件具有低导通电阻(RDS(on))和降低的开关电荷，可实现更快的开关速度和更高的工作电流以及低电压过冲。这使电路设计人员能够实现更低的动态开关损耗和更低的静态传导损耗，从而提高转换器效率。使用工作在300 kHz的80 V(V)eGaN FET的DrGaN PLUS 解决方案的效率如图4所示。由eGaNFET提供的低动态开关损耗，开关频率和功率密度系统可以在不牺牲性能的情况下增加，如500 kHz效率曲线所示。

 

 

图3：eGaNFETdesign的开关节点波形

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

 

 

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

目前有两种版本的DrGaN PLUS 模块，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。

部件号VDS(最大)ID(最大RMS)特色产品EPC9201 30 40 EPC2015/EPC2023 EPC9203 80 20 EPC2021

表1：DrGaN PLUS 部件号

总结

高性能GaN器件的引入提供了比传统Si MOSFET技术更高频率和更高效率切换的潜力。基于eGaN FET的DrGaN PLUS 构建模块通过为设计人员提供易于使用的方法来评估氮化镓的卓越性能，展示了简化高功率密度和高效功率转换的能力晶体管。