低压降压转换器应用

很多负载点(POL)应用适合用于工作电压为5V或12V电源轨的降压转换器。在更低电压及小电流的情况下，功率MOSFET可以单片地集成，而在大电流 及高压下，混合功率模块及分立解决方案则非常普遍。按不同的负载要求，典型的电流值为每相20A，虽然单相的输出功率也有可能高达40A。在较大的负载电 流要求如电压调节模块(VRM)，我们使用交织的多相降压来提高效率及动态响应。目前逐步发展的V-core功率架构及其它敏感的负载所要求的更快动态响应及更高频宽都会影响基于氮化镓场效应晶体管的负载点解决方案的普及速度。在可实现的MHz开关频率范围内推动使用更小电感及电容，因此可实现更小型、具更低系统成本的、基于eGaN FET的负载点系统。使用电池的便携应用(10V~12V)规定必需符合最小效率要求，但同时需要一个外置适配器使之可以工作在19V及工作在设计的热限制下。19V输入需要30V或以上的MOSFET器件。虽然负载电压不同，但我们通常在1.2V输出电压对转换器进行比较。

我们使用含eGaN FET的演示板(EPC9101)与使用相同降压控制器的含MOSFET演示板(DC1640A-B)进行比较，后者经过修改，以匹配前者的输入及输出电容、电感及工作频率。此外，所采纳的MOSFET也改为与eGaN FET具相同导通电阻(RDS(ON))。测试电路板的照片如图2所示。我们通过使用电路板上的电压感应通孔，测量尽量接近实际转换器电路的输入及输出电压，测量结果见图3。由于这个应用关注eGaN FET的体二极管具更高前向电压，当首次测量效率时，死区时间增加至包括大约在每个开关边缘(每个周期为20ns)的10ns体二极管传导。此外，EPC2015器件与3A肖特基二极管并联，并再次测量其效率。根据这些测量条件，图4及5分别展示12V及19V输入效率的结果。

在输入电压范围内，每个周期中的二极管导通时间增加20ns将使基于eGaN FET的转换器效率降低约2%至3%。可是在轻载时(低于3A)，效率实际上会稍为提高，因为这种额外死区时间可容许交换节点电压的自我转换。为了获得最佳的满负载工作性能而使用短死区时间意味着在轻载时会发生强制转换。

使用额外增加的肖特基二极管极大地提高了效率，其效果差不多相等于优化开关时间。在所有的测试工作条件下，基于eGaN FET转换器的效率比使用等效MOSFET电路的转换器高出3至7个百分点。实际上，相比等效MOSFET于12V输入时的效率，经过优化的eGaN FET工作在19V输入时具备更高的效率。

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中压降压转换器应用

对于超出30V MOSFET性能的更高电压来说，应用空间会有所变化，并且没有特别的大批量应用。几乎所有电信转换器都使用-48V电源，因此要求针对步降至+12V或+24V总线进行隔离；而计算与网络设备一般都使用+48V的总线，因此只是当没有强制性隔离要求才有可能使用降压转换器。无论是否实际应用，在中压范围内，MOSFET与eGaN FET可以通过考虑如图7所示的通用降压应用作出比较。

我们使用两个中压降压转换器演示板来比较eGaN FET及MOSFET器件的性能。两块标准的演示电路都已修改为具有相同输入及输出电容、电感及工作频率。图6展示两块测试电路板的照片。于低压转换器的比较一样，MOSFET器件也改为与eGaN FET具有相同导通电阻。为确保取得准确的测量结果，我们通过使用所增加的通孔来测量输入及输出电压，以尽量接近实际转换器的输入及输出电压，测量结果见图7

图8及9分别展示效率结果及相对的功率损耗结果。测量点在输出电流达10安培时或在转换器的总功率损耗达10W时比较，要看那一点首先出现。结果清楚地表明，相比MOSFET器件，eGaN FET在效率方面极大地提高了4至8个百分点。更重要的是，当基于MOSFET器件的转换器的功率损耗达10W时，基于eGaN FET的转换器的损耗小于前者的一半,致使转换器的功率损耗减少超过50%。这些损耗包括非器件损耗如电感磁芯及铜损耗，因此减少了的器件损耗实际上更大。同样地，由于基于eGaN FET的转换器的死区时间设置为给重负载而经过优化，它的零电压开关的损耗构成两个转换器的无负载损耗。