NEST144 February 2025 LMG3650R035
現(xiàn)今的電源供應設計需要高效率及高功率密度。因此，設計人員在各種電源轉(zhuǎn)換拓撲結(jié)構(gòu)中使用氮化鎵 (GaN) 裝置。
GaN 可實現(xiàn)高頻率切換，縮減被動元件尺寸，進而增加密度。相較於矽和碳化矽 (SiC) 等技術，GaN 也可降低切換、閘極驅(qū)動和反向復原損耗，進而提升電源設計效率。
您可使用 650V GaN FET 進行 AC/DC 轉(zhuǎn) DC/DC 轉(zhuǎn)換，或使用 100V 或 200V GaN FET 進行 DC/DC 轉(zhuǎn)換，以執(zhí)行電源供應。
若您從事尖端產(chǎn)品，選擇體積符合業(yè)界標準的裝置也十分重要，如此才能為採購團隊簡化供應鏈。因此，在 650V 領域，變壓器外形無引腳 (TOLL) 封裝在高功率供應器設計中越來越普及。
除了選擇業(yè)界標準裝置外，TI 的 LMG3650R035 GaN 場效應電晶體 (FET) 等整合式裝置，對於建立具高密度且能在各種電源拓撲結(jié)構(gòu)中可靠運作的設計，能發(fā)揮重要作用。此裝置配備整合式閘極驅(qū)動器，以及過電流保護、過熱保護和短路保護等保護電路功能。整合保護電路有助於減少執(zhí)行這些功能的外部元件。此裝置也可在高電壓空間支援多種電源拓撲結(jié)構(gòu)，其中包括圖騰柱功率因數(shù)校正 (PFC)、電感器電容器、相移全橋轉(zhuǎn)換器和雙主動橋式轉(zhuǎn)換器。
整合閘極驅(qū)動器可幫助您建立簡易、高密度且清晰的配置，並可大幅減少寄生耦合，如 圖 1 所示。在高切換頻率電源轉(zhuǎn)換中，整合尤為重要，因為閘極迴路的電路寄生耦合會導致閘極雜訊及重疊損耗增加。透過使用整合式功率級，寄生耦合可忽略不計並簡化配置。
圖 1 電路寄生整合式 GaN 功率級與離散式 GaN 的比較TI 高電壓 TOLL 裝置的應用領域
讓我們回顧一下 TI TOLL 裝置的幾項主要應用領域，其中您可運用整合式保護功能、整合式零電壓偵測（可減少第三象限損耗），以及可忽略的寄生耦合所造成的重疊切換損耗。
適用於數(shù)據(jù)中心和電信電源的 PSU
隨著數(shù)據(jù)中心和超大規(guī)模運算需求增加，建立高效率、功率密集電源供應單元 (PSU) 的需求將呈指數(shù)成長。即使電信領域從 4G 發(fā)展到 5G（現(xiàn)在是 6G），設備的電源需求也持續(xù)增加，但體積大小保持不變。
這種情況使得整合式 650V TOLL 裝置成為有力應用實例，其主要是透過 PFC 和 DC/DC 級將 AC 電源轉(zhuǎn)換為 DC 匯流排，如 圖 2 所示。我們採用 TOLL 封裝的 GaN 裝置，在我先前提到的拓撲結(jié)構(gòu)中，可在 PFC 級實現(xiàn)超過 99% 的效率，並在 DC/DC 級達到超過 98% 的效率。
圖 2 PSU 方塊圖太陽能微轉(zhuǎn)換器
以太陽能作為電源的趨勢越來越普遍。如 圖 3 所示，雙向 DC/DC 以及 PFC 和逆變器級都可使用整合式 GaN TOLL 裝置將太陽能面板電壓轉(zhuǎn)換為 AC 電源。由於清潔能源需求快速增加，因此必須使用業(yè)界標準裝置，運用小體積提供高效率與高功率。
TOLL GaN 裝置可透過業(yè)界標準體積與整合式功能來增加價值。由於多數(shù)感測和最佳化功能皆整合在功率級中，因此這些裝置可幫助您利用不同汲極至源極導通電阻，擴展到不同功率位準並使用不同拓撲結(jié)構(gòu)，而無需為配置煩惱。
圖 3 微逆變器原理圖TV 電源供應
大螢幕（40 吋以上）電視市場有相當大的成長潛力，同時出於美學考量，更輕更薄的螢幕也成為發(fā)展趨勢。由於螢幕越大，電源需求也隨之增加，但尺寸卻更薄，因此必須讓電視更具電源效率。AC/DC 轉(zhuǎn)換可在 PFC 和 DC/DC 級使用 TOLL 裝置。
整合式 TOLL GaN 裝置可讓您維持被動元件大小不變，並透過簡易佈線將外部電路維持在最小，以提供更薄的印刷電路板。此外，此設計將更有效率，同時保持業(yè)界標準體積。
2W、3W 和 4W 車載充電器
隨著全球努力減少尾管排放，車輛電氣化一直是新聞焦點。若要輕鬆使用隨插即用充電，就必須具備電動車車載充電器 (OBC)。由於 OBC 位於電動車底盤，因此其應具高功率密度與高效率，以佔用最小空間並減少損耗，因為沒有主動冷卻可分散損耗。
圖 4 所示為典型的 OBC 原理圖。整合式 TOLL GaN 裝置可透過整合與更高切換頻率將設計尺寸最佳化，並減少損耗（閘極驅(qū)動與切換損耗）以提升散熱效率，進而為 PFC 和 DC/DC 級提供協(xié)助。透過 TOLL GaN 裝置，也可在裝置層級啟用所有保護，有助於提升 OBC 設計的穩(wěn)健性，同時保持業(yè)界標準體積。
圖 4 車載充電器結(jié)論
未來電源設計人員將面臨的最大設計挑戰(zhàn)之一，是運用高密度設計，以盡可能低的損耗提供不斷增加的功率位準。整合式 TOLL GaN 裝置結(jié)合了整合式 GaN 與業(yè)界標準體積，可消除額外電路和複雜 PCB 配置的麻煩，進而提供協(xié)助。這有助於降低設計的複雜度。此外，這也將強化其他終端設備領域的設計，例如馬達驅(qū)動、工業(yè)電源供應器和家電電源，這些領域同樣重視簡易、高密度設計。
隨著 GaN FET 技術的飛躍發(fā)展，我們未來將持續(xù)投資並改善 TOLL 裝置的品質(zhì)因數(shù)，協(xié)助設計人員努力在相同領域提供更高功率。
其他資源
- 查看「LMG3650R035 評估模組 EVM 使用手冊」。
- 進一步了解 LMG3650EVM-113 評估模組。
- 進一步了解我們的 GaN 技術。
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