图1 采用eGaN FET实现全桥同步整流(FBSR)的180W、八分之一砖式全稳压相移的全桥(PSFB)拓扑。
图2 基于eGaN FET的180W、八分之一砖式转换器的简图。
选择变压器匝比为6:3意味着,在输入电压VIN为75V时,副边绕组的电压是38，这对于40V的器件来说太高了,因此,在原边及副边都可以使用100V的器件。为了取得最优性能,我们选用了专为eGaN FET而设的LM5113半桥驱动器。实际的原型见图3,图中还与基于等效硅MOSFET转换器作出了详细的比较。我们可以看到印刷电路板上还有很大部分地方(绿色位置)可以加以利用来提高效率。
图3 基于eGaN FET的八分之一砖式转换器(下图)和基于硅MOSFET的转换器(上图)的比较,图中显示了俯视图和底视图(刻度单位为英寸)。
基于eGaN FET与基于硅MOSFET的八分之一砖式转换器的比较
不同的八分之一砖式转换器的效率和功耗的比较结果分别见图4和图5。虽然eGaN FET的工作频率高出33%,但在相同的功耗条件下,它的输出功率却可以高出15%。
图4 基于eGaN FET与基于硅MOSFET的八分之一砖式转换器的效率的比较。
图5 基于eGaN FET与基于硅MOSFET的八分之一砖式转换器的功耗比较。
要实现进一步的改善是有可能的。例如我们可以把基于100V氮化镓器件的全桥同步整流器改变为具有两个并联器件的中心抽头拓扑(与基于MOSFET的设计类似)。这样，输出电感电流就不会流经两个串联器件,而是流经两个并联器件。当输出电流为14A时，这将可以降低75%副边器件的传导损耗(1.3W或大约为总功耗的10%）。
同一个基于eGaN FET的转换器在工作频率为500kHz时的效率数据如图6所示。从图中可以看出,即使工作频率达到等效、基于MOSFET的转换器的两倍,在36VN甚至60VIN时,其性能仍然与之相当或者甚至更优胜,并在60VIN时,其满载效率仍然处于八分之一砖式转换器的同等效率的半个百分点以内。虽然500kHz不是这种转换器的最优工作频率,但我们要强调的是使用eGaN FET能够降低开关损耗。
图6 基于eGaN FET、并具相比基于商用 MOSFET两倍开关频率的八分之一砖式转换器的效率比较