第三代半導體材料氮化鎵(GaN)技術(shù)與優(yōu)勢詳解（三）
設(shè)計注意事項
采用GaN設(shè)計電源時，為降低系統(tǒng)EMI，需考慮幾個關(guān)鍵因素：首先，對于Cascode結(jié)構(gòu)的GaN，閾值非常穩(wěn)定地設(shè)定在2 V，即5 V導通，0 V關(guān)斷，且提供±18 V門極電壓，因而無需特別的驅(qū)動器。其次，布板很重要，盡量以短距離、小回路為原則，以最大限度地減少元件空間，并分開驅(qū)動回路和電源回路，而且需使用解調(diào)電容。對于硬開關(guān)橋式電路，使用磁珠而不是門極電阻，不要用反向二極管，使用解調(diào)母線電容。
此外，必須使用 浪涌保護器件，并通過適當?shù)纳岽_保熱性能，并行化可通過匹配門極驅(qū)動和電源回路阻抗完成，當以單個點連接時，要求電源和信號元件獨立接地。
一體化工作站正變得越來越輕薄，要求更輕和更小的 電源轉(zhuǎn)換器，這通常通過提高開關(guān)頻率來實現(xiàn)。傳統(tǒng)Si MOSFET在高頻工作下的開關(guān)和驅(qū)動損耗是一個關(guān)鍵制約因素。GaN HEMT提供較傳統(tǒng)MOSFET更低的門極電荷和導通電阻，從而實現(xiàn)高頻條件下的更高電源轉(zhuǎn)換能效。
演示板設(shè)計為240 W通用板，它輸出20 A的負載電流和12 V輸出電壓， 功率因數(shù)超過98%，滿載時總諧波失真(THD)低于17%。電源轉(zhuǎn)換器前端采用功率因數(shù)校正(PFC) IC，將AC轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)的385 V DC 總線電壓。升壓轉(zhuǎn)換器中的電感電流工作于CCM。升壓PFC段采用安森美半導體的NCP1654控制器。次級是隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換器，將385 V DC總線電壓轉(zhuǎn)換為12 V DC輸出電壓。隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換通過采用LLC諧振拓撲實現(xiàn)。次級端采用同步整流以提供更高能效。LLC電源轉(zhuǎn)換器采用安森美半導體的NCP1397，提供97%的滿載效率，而同步整流驅(qū)動器是NCP 4304。
NCP432用于反饋路徑以調(diào)節(jié)輸出電壓。演示板采用GaN HEMT作為PFC段和LLC段原邊的開關(guān)，提供0.29 m?的低導通電阻和> 100 V/ns 的高dv/dt，因而導致開關(guān)和導通損耗低，其低反向恢復電荷產(chǎn)生最小的反向恢復損耗。
其中，NCP1654提供 可編程的過流保護、欠壓檢測、 過壓保護、軟啟動、CCM、平均電流模式或峰值電流模式、可編程的過功率限制、浪涌電流檢測。NCP1397提供精確度為3%的可調(diào)節(jié)的最小開關(guān)頻率、欠壓輸入、1 A/0.5 A峰值汲/源電流驅(qū)動、基于計時器的過流保護(OCP)輸入具自動恢復、可調(diào)節(jié)的從100 ns至2 μs的死區(qū)時間、可調(diào)節(jié)的軟啟動。NCP4304的關(guān)鍵特性包括具可調(diào)節(jié)閾值的精密的真正次級零電流檢測、自動寄生電感補償、從電流檢測輸入到驅(qū)動器的關(guān)斷延遲40 ns、零電流檢測引腳耐受電壓達200 V、可選的超快觸發(fā)輸入、禁用引腳、可調(diào)的最小導通時間和最小關(guān)斷時間、5 A/2.5 A峰值電流汲/源驅(qū)動能力、工作電壓達30 V。
