意法半導(dǎo)體首款氮化鎵功率轉(zhuǎn)換器瞄準(zhǔn)下一代50W高能效電源設(shè)計(jì)

VIPERGAN50是意法半導(dǎo)體VIPerPLUS系列首款可在寬工作電壓（9 V至23 V）下提供高達(dá)50 W功率的產(chǎn)品。這也是ST首款采用氮化鎵(GaN)晶體管的VIPer器件。得益于650 V GaN器件，VIPERGAN50在自適應(yīng)間歇工作模式(burstmode) 開啟的情況下，待機(jī)功耗低于30 mW。此外，該器件的保護(hù)功能可提高穩(wěn)健性并有助于減少所用的物料。QFN5x6 mm封裝也使其成為業(yè)內(nèi)同等功率輸出中封裝最小的器件之一。VIPERGAN50已批量供貨，配有USB-PD供電端口的開發(fā)板也即將面世。

為什么選擇QR ZVS反激式轉(zhuǎn)換器？

越來越小的充電器需要更高的功率密度。工程師經(jīng)常在電視和其他電器的開關(guān)電源(SMPS)中使用準(zhǔn)諧振(QR)零電壓開關(guān)(ZVS)，也稱為谷底開通，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)正出現(xiàn)在更多產(chǎn)品中。原因在于，功率密度每過十年就變得越來越高。例如，現(xiàn)在的電視像素更高，功耗要求也更嚴(yán)格。同樣，雖然50W充電器并非新產(chǎn)品，但消費(fèi)者需要外觀更小巧、且能給筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)和其他設(shè)備快速充電的產(chǎn)品。 

越來越小的充電器

QR ZVS反激式轉(zhuǎn)換器不斷追求更高效率。業(yè)界經(jīng)常選用準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器，主要是因?yàn)樗男瘦^高。傳統(tǒng)PWM轉(zhuǎn)換器在電壓最高時(shí)開啟器件，這會(huì)導(dǎo)致功率損耗隨開關(guān)頻率的增加而增加。工程師可使用緩沖電路緩解此類情況，但提高效率的最佳方法是軟開關(guān)，這意味著在電壓或電流為零時(shí)進(jìn)行開關(guān)。為此，通過諧振（電感-電容或LC）將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為正弦波形。在ZVS中，啟動(dòng)發(fā)生在曲線底部或谷底。多年來，工程師試圖提高QR ZVS反激式轉(zhuǎn)換器效率，而GaN正好給出一個(gè)新答案。 

VIPerGaN50有哪些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)？

先進(jìn)的GaN晶體管特性。VIPerGaN50 使用與MASTERGAN系列相同的650 V GaN晶體管，因此具有類似優(yōu)勢(shì)。例如，GaN的高電子遷移率意味著該器件可適用于高開關(guān)頻率。因此，該器件可承受更大負(fù)載，同時(shí)減少損耗。有鑒于此，GaN可用于制造可輸出更高功率、同時(shí)整體尺寸更小的電源。VIPerGaN50 是意法半導(dǎo)體此類別的首款產(chǎn)品，因此具有極大象征意義。意法半導(dǎo)體將繼續(xù)把GaN作為業(yè)務(wù)發(fā)展重點(diǎn)，使用具有更高規(guī)格的晶體管。因此，未來的 VIPerGaN 型號(hào)將具有更高的輸出功率。

VIPerGaN50

多模式工作VIPerGaN50有多種不同的工作模式，可根據(jù)其負(fù)載調(diào)整其開關(guān)頻率，在所有輸入電壓和負(fù)載條件下，最大限度提高電源能效。在高負(fù)載下，準(zhǔn)諧振 (QR)模式配合零壓開關(guān)可最大限度地減少導(dǎo)通損耗和電磁輻射 (EMI)。在輕負(fù)載下，跳谷底模式可以控制開關(guān)損耗，并利用意法半導(dǎo)體專有的谷底鎖定技術(shù)防止產(chǎn)生人耳可以聽到的噪聲。頻率折返模式配合零壓開關(guān)可確保在輕負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)盡可能高的能效。自適應(yīng)間歇工作模式可以在極低負(fù)載條件下最大程度降低功率損耗。此外，先進(jìn)的電源管理功能可將待機(jī)功率降至 30mW 以下。

VIPerGaN50的多種不同工作模式

更佳的保護(hù)功能。VIPerGaN50內(nèi)置功能確保電源的安全性和可靠性，包括輸出過壓保護(hù)、brown-in/brown-out，以及輸入過壓保護(hù)。還提供輸入電壓前饋補(bǔ)償，以最大限度地減少輸出峰值功率變化。其他安全功能包括嵌入式過溫保護(hù)和最大限度地減少 EMI的頻率抖動(dòng)功能。因此，設(shè)計(jì)師可減少電路板上需要的組件，從而減少所用物料。