采用GaN实现48V至POL单级转换

企业服务器、交换机、基站和存储硬件设计师都在寻求在其主板上提高功率密度和效率。随着主板上元件数量的增加和外形尺寸的减小，电源密度成为进一步减小面积的限制因素。电源越小，主板尺寸就越小，减小主板尺寸就可以将更多的主板装入给定的机架中，最大限度地提高数据中心吞吐量和性能。

在图1所示的典型电信电源系统中，48VDC输入电压必须进一步降低到中间母线电压（在此例中为3.3V），然后用一个或多个降压直流（DC/DC）转换器降压成处理器、ASIC和FPGA内核轨电压、I/O轨、DDR存储器、PHY芯片和其他低压元件所需的各种稳定低输出电压。

图1：交流（AC）至48V至负载点（POL）电信电源系统

TI的氮化镓(GaN)直流/直流解决方案去除了中间母线直流/直流转换级，设计师可以在单级中将48V电压降至更低的输出电压。

去除中间母线直流/直流转换器使得功率密度和系统成本显着增加，同时提高了可靠性。

与硅MOSFET相比，GaN的优势包括：

• 低输入和输出电容，减少开关损耗，实现更快的开关频率。
• 接近0的反向恢复电荷，无反向恢复损耗，降低D类逆变器/放大器的损耗。
• 由于较低的栅极-漏极电容，大大降低了开关损耗，实现了更高的开关频率，减少甚至去除了散热器。
  

图2显示了GaN和硅FET之间48V至POL的效率比较。

图 2：不同负载电流下GaN与硅直流/直流转换器的48V至POL效率

TI的新型48V至POL GaN单级解决方案——采用TPS53632G 无驱动器脉宽调制(PWM)控制器和LMG520080V GaN半桥功率级（驱动器和GaN FET在同一集成电路上）——功率密度高，负载瞬态响应速度快，效率高，具有卓越的热性能和系统可靠性，总面积为700mm2，输出功率为48W。输入电压为60V，输出电压为1V，电流50A，开关频率600kHz时，48V的效率为88%，如图3所示。

模块效率峰值为91％，在35A的输出电流下仍然为90％。值得注意的是，即使当将输入电压增加到75V时，效率也不会显着下降。

图3：48V至POL GaN 直流/直流转换器参考设计和在600KHz不同负载电流下的效率

如果您正在设计用于企业服务器、交换机、基站和存储设备等终端应用的48V至POL 直流/直流转换器，而且采用了传统上使用的48V至中间母线和中间母线至POL直流/直流转换器，是时候使用TI的GaN直流/直流解决方案来简化您的设计，提高功率密度和可靠性了。在GaN解决方案门户上查看TI完整的GaN直流/直流转换产品组合。