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ST VIPERGAN5065100系列高压氮化镓转换器: 支持最高100W输出功率

作者:时间:2023-07-12来源:意法半导体博客收藏

VIPERGAN50VIPERGAN65VIPERGAN100是意法半导体VIPerGaN系列中首款高压GAN转换器,可在宽范围工作电压(9 V23 V)中分别提供50 W65 W和高达100 W的功率。我们还推出了EVLVIPGAN100PD,这是我们首款用于USB-PD应用的VIPERGAN100评估板。VIPerGaN器件使用650V氮化镓(GaN)晶体管,这意味着在自适应突发模式开启时,待机模式下的功耗低于30 mWQFN 5 mmx6 mm封装也使其在业内同等功率输出中拥有较小的封装尺寸。

本文引用地址:http://www.amcfsurvey.com/article/202307/448548.htm

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虽然器件相似,但由于GaN晶体管的RDS(ON)较低(VIPERGAN50450 mΩVIPERGAN65260 mΩVIPERGAN100225 mΩ),因此输出功率可能更高。VIPERGAN100在欧洲电压范围(185-265VAC)内可提供100W的输出功率。其他情况下,则将提供75 W85-265 VAC)的功率。此外,所有器件均可实现引脚兼容,工程师无需大幅改变PCB布局或设计即可快速互换。因此,我们的团队希望通过更实用的产品组合来降低GaN的门槛。

 

为何选择QR ZVS反激式转换器?

  • 应用不断对功率密度提出更高要求

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【越来越小的充电器】

 

200211月的AN1326L6565准谐振控制器)应用笔记中,我们解释了工程师经常在电视和其他电器的开关模式电源(SMPS)中使用准谐振(QR)零电压开关(ZVS),也称为开启时谷底开关。其拓扑结构至今依然适用,并已出现在更多产品中。其原因在于,功率包络的密集度每过十年就会显著增加。例如,现在像素更高的电视,其功耗要求也更为严格。同样,虽然50 W充电器并非新产品,但消费者需要的是外观轻便,且能给笔记本电脑、平板电脑、手机和其他设备快速充电的产品。

 

  • QR ZVS反激式转换器不断需求更高效率

业界经常选用准谐振转换器,主要原因在于其较高的效率。传统PWM转换器中,在电压最高时开启器件,会导致功率损耗随开关频率的增加而上升。工程师可使用缓冲电路缓解此类情况,但提高效率的有效途径是软开关,即在电压或电流为零时进行开关。为此,通过谐振(电感-电容或LC)将方波信号转换为正弦波形。在ZVS中,启动发生在曲线底部或谷底。多年来,工程师试图提高QR ZVS反激式转换器效率,而GaN恰巧可以满足这一需求。

 

为何选择VIPERGAN50VIPERGAN65VIPERGAN100

 

  • GaN晶体管

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VIPerGaN器件】

 

VIPERGAN50VIPERGAN65VIPERGAN100使用与MASTERGAN系列相同的650 V GaN晶体管,因此具有类似优势。例如,GaN高电子迁移率意味着器件可适用于高开关频率。因此,器件可承受更大负载,同时减少损耗。有鉴于此,GaN可用于制造可输出更高功率,同时整体尺寸更小的电源。从时间来看,VIPERGAN50率先问世。此后,意法半导体陆续发布了具有更大输出功率的型号来展示其对GaN的承诺。

 

  • 多模式操作

新器件可通过多模式操作优化其性能。简言之,VIPERGAN50VIPERGAN65VIPERGAN100可根据负载调整其开关频率。在重负载期间,准谐振电路可将GaN的导通与变压器去磁(ZCD引脚)同步,显著减少损耗。同样,重负载载或中等负载会触发跳谷。概括而言,负载降低时,晶体管可跳过一个或多个谷底。在这种情况下,开关频率会降低以限制损耗。同样,频率折返模式可在中等和轻负载期间降低频率,但确保其保持在某个阈值以上以防止噪声。最后,在轻载或空载时,突发模式可将开关频率限制在几百赫兹,同时保持恒定峰值电流以防止噪声。在最后一种模式中,VIPERGAN50VIPERGAN65VIPERGAN100的静态电流仅为900µa。因此,新器件可助力满足要求更高能效以节省全球资源的新环境法规。

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VIPERGAN50多模式操作】

 

  • 保护功能

传统上,工程师添加外部器件以提供安全功能并保护其电路。VIPERGAN50VIPERGAN65VIPERGAN100可极大提高效率,这意味着意法半导体有空间容纳更多的安全功能。因此,设计师在电路板上需要更少的组件,从而减少所用材料。举例而言,新器件是VIPer Plus系列中首款提供输入过压保护(iOVP)以防止突然电压尖峰的器件。同理,brown-in/brown-out功能通过设置启动运行和停止运行的最小输入电压监控电源电压,以保护系统免受不可靠电源的影响。这些功能的优先级高于更常见的过温和过载/短路保护。

 

如何入门?

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EVLVIPGAN100PD

 

建议入门者从评估板开始熟悉。我们即将推出EVLVIPGAN100PD,这是一款采用了Power Delivery 3.0100W USB-C应用参考设计。该板具有五种电源传输模式:5V-3A,9V-3A,12V-3A,15V-3A,20V-5A.团队可由此打造一个带原理图的硬件平台,用于启动其自定义PCB和配置文件,这些PCB和配置接近其在应用中使用的配置文件。无论电源电压是115 V还是230 V,即使在50%的负载下,系统的峰值效率依然超过90%。该板还使用基于L6564的功率因数校正系统来限制失真。

 

ST已经发布了两个带VIPERGAN50PCB

 

EVLVIPGAN50PD将帮助工程师开发45 W USB Power Delivery应用。该板甚至附带功率配置文件,可作为参考设计。团队还可以使用EVLVIPGAN50FL,用于实现15 V/50 W反激式转换器。因此,与USB系统专用平台相比,该板支持通用性更强的应用,也使得工程师能够快速启动应用。最后是带VIPERGAN65的评估板EVLVIPGAN65PD,其同样面向USB Power Delivery电源。



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