安森美半导体GaN晶体管——追求更快、更智能和更高能效

演示板设计为240 W通用板，它输出20 A的负载电流和12 V输出电压，功率因数超过98%，满载时总谐波失真(THD)低于17%。电源转换器前端采用功率因数校正(PFC) IC，将AC转换为调节的385 V DC总线电压。升压转换器中的电感电流工作于CCM。升压PFC段采用安森美半导体的NCP1654控制器。次级是隔离的DC-DC转换器，将385 V DC总线电压转换为12 V DC输出电压。隔离的DC-DC转换通过采用LLC谐振拓扑实现。次级端采用同步整流以提供更高能效。LLC电源转换器采用安森美半导体的NCP1397，提供97%的满载效率，而同步整流驱动器是NCP4304。NCP432用于反馈路径以调节输出电压。演示板采用GaN HEMT作为PFC段和LLC段原边的开关，提供0.29 m?的低导通电阻和>功率因数校正(PFC) IC，将AC转换为调节的385 V DC总线电压。升压转换器中的电感电流工作于CCM。升压PFC段采用安森美半导体的NCP1654控制器。次级是隔离的DC-DC转换器，将385 V DC总线电压转换为12 V DC输出电压。隔离的DC-DC转换通过采用LLC谐振拓扑实现。次级端采用同步整流以提供更高能效。LLC电源转换器采用安森美半导体的NCP1397，提供97%的满载效率，而同步整流驱动器是NCP4304。NCP432用于反馈路径以调节输出电压。演示板采用GaN HEMT作为PFC段和LLC段原边的开关，提供0.29 m?的低导通电阻和> 100 V/ns 的高dv/dt，因而导致开关和导通损耗低，其低反向恢复电荷产生最小的反向恢复损耗。

其中，NCP1654提供可编程的过流保护、欠压检测、过压保护、软启动、CCM、平均电流模式或峰值电流模式、可编程的过功率限制、浪涌电流检测。NCP1397提供精确度为3%的可调节的最小开关频率、欠压输入、1 A/0.5 A峰值汲/源电流驱动、基于计时器的过流保护(OCP)输入具自动恢复、可调节的从100 ns至2 μs的死区时间、可调节的软启动。NCP4304的关键特性包括具可调节阈值的精密的真正次级零电流检测、自动寄生电感补偿、从电流检测输入到驱动器的关断延迟40 ns、零电流检测引脚耐受电压达200 V、可选的超快触发输入、禁用引脚、可调的最小导通时间和最小关断时间、5 A/2.5 A峰值电流汲/源驱动能力、工作电压达30 V。

经过频谱分析仪和LISN测试，该设计的EMI符合EN55022B标准，并通过2.2 kV共模模式和1.1 kV 差分模式的浪涌测试。输入电压为115 Vac和230 Vac时，系统峰值效率分别超过95%和94%。该参考设计较现有采用硅的216 W电源参考设计减小25%的尺寸，提升2%的效率。

总结

GaN超越硅，可实现更快速开关、更紧凑的尺寸、更高功率密度及更高的电源转换能效，适用于开关电源和其它在能效及功率密度至关重要的应用。高能效的电源转换有利于软开关电路拓扑结构回收能量，如相移全桥、半桥或全桥LLC、同步升压等。随着更多工程师熟悉GaN器件的优势，基于GaN的产品需求将快速增长。得益于技术的发展和市场的成长，将有望降低采用GaN的成本。安森美半导体凭借宽广的知识产权阵容和专长，结合功率转换专家Transphorm无与伦比的GaN知识，正工作于新的发展前沿，致力推进市场对GaN的广泛采纳。