图1 降压转换器的基本电路
对于要求高功率密度、大功率但不要求电气隔离的应用来说,降压转换器的拓扑结构多年以来备受推荐。计算机、服务器、电信设备、卫星、医疗设备及工业设备都需要使用这些简单、具成本效益及高性能的直流一直流转换器,给广泛的负载应用供电,这些负载大部分是高性能数字集成电路,比如微处理器、存储器、DSP及各类型的ASIC。在过去几年间,降压转换器的改进始终受限于采用具较低开关速度的功率MOSFET器件。在“硬开关”的拓扑结构中,较低的开关速度将导致较低的电源转换频率(尺小和成本)、较低的效率(尺寸和成本)以及较低的VIN/VOUT比(较低效率的电源管理系统)。氮化镓场效应晶体管(eGaN®FET)的全新性能推动了电源转换系统在成本和性能方面取得显著的改进。
我们将以下四种基于氮化镓场效应晶体管的降压转换器,与目前最先进的MOSFET进行了比较,用于展示在广泛的操作范围内所预计的改进。
1)输入电压为48V与输出电压为1.2V的降压转换器
2)输入电压为19V与输出电压为1.2V的降压转换器
3)输入电压为12V与输出电压为1.2V的降压转换器,并联两个氮化镓场效应品体管
4)输入电压为60V与输出电压为10V的降压转换器
测试频率为300KHz至1MHz。(详细内容可查看前面的几篇文章。)
例：输入电压为60V及输出电压为10V的降压压转换器
为了探究转换器不同的电压范围,我们采用LM5113驱动器集成电路构建了一个由60V转换至10V、输出电流为10A的降压转换器。我们比较了这个电路工作在800kHz时的性能,与工作在500kHz、基于MOSFET的设计相比。结果是基于氮化镓场效应晶体管的解决方案比基于MOSFET的解决方案优秀。
图2 100V氮化镓晶体管与先进的60V硅MOSFET相比，60、48及36V转10V时效率与输出电流的关系。
总结
如图3所示,与基于等效MOSFET的降压转换器相比,基于氮化镓场效应晶体管的转换器在整体输入电压与输出电压比值范围及工作频率范围都可以提高效率。
我们的论证表明,在驱动频率从传统的300kHz至1MHz的范围内,采用氮化镓场效应晶体管的降压转换器可以具更小的系统尺寸之余而并没有降低效率,并节省电路板的占位区域。电源转换系统的设计工程师们现在可以利用氮化镓场效应晶体管的优势缩小系统的尺寸、提高效率及减少系统的整体成本。
图3 在各个输入电压及频率下,基于氮化镓场效应晶体管与基于先进的硅MOSFET、输出电压为1.2V的降压转换器的效率之比较。