GaN超高频谐振反激变换器

发布时间：2024-07-05 06:41

　　同等电压应力下的GaN器件相比Si器件具有更低的导通电阻Rds(on)(on-resistance)及门极充电电荷Qg,能够大幅降低驱动和开关损耗,有利于提高变换器效率及功率密度。在低压小功率场合的超高频VHF(very high frequency)谐振反激变换器中,提出了一种集成空芯变压器,大幅减小了印制电路板PCB(printed circuit board)面积,提高了功率密度。同时通过有限元分析FEA(finite element analysis)设计样机结构,确保变压器磁场不会影响其他器件。应用该方案搭建了3台5 V输入、5 V/2 W输出的超高频谐振反激变换器,分别为20-MHz Si方案、30-MHz GaN方案和50-MHz GaN方案。其中,50-MHz GaN方案样机实现了39.4 W/in3的功率密度,相比20-MHz Si方案提升41%。同时,在效率接近的前提下,3台变换器的高度都不足商用产品的一半。

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【部分图文】：

图1VHF谐振反激变换器

VHF谐振反激变换器拓扑如图1(a）所示，其中20-MHz方案采用SiMOSFET作为开关管Sm,30-MHz和50-MHz方案采用GaNHEMT作为开关管Sm，二极管为Dr。该变换器包含E类逆变器、E类整流器以及空芯变压器Tr。其优点在于，利用变压器漏感和开关管Sm、二....

图2谐振驱动电路

对于20-MHzSi方案，为减小MOSFET的驱动损耗，采用如图2所示的谐振驱动电路，可以回收部分驱动能量。该驱动电路共分为4级，第1部分是一个迟滞振荡器，由LTC1799振荡芯片生成一个5V的方波。第2部分是反相器并联驱动级，由多个CMOS并联组成以增强驱动能力，同时减小C....

图3传统空芯变压器集成示意

传统空芯变压器集成示意如图3所示。传统空芯变压器集成在PCB绕组中，和其他电路元件共面，因此占用了很大的PCB面积。此外，若采用平面螺旋结构（每层PCB有多匝串联），较长的内匝绕组引出线会增大寄生电感。本文提出了一种新型空芯变压器的集成方法，如图4所示。主PCB在上层，布局除变压....

图4新型空芯变压器集成示意

图3传统空芯变压器集成示意在主PCB中，顶层用来布置除变压器以外的器件和连线。中间层1为走线预留空间。中间层2和底层是空层，仅留过孔和焊盘。空芯变压器集成在副PCB的中间层1、中间层2以及底层。副PCB的顶层是空层，仅留过孔和焊盘。2个PCB通过焊盘直接焊接在一起。由于主PCB....

本文编号：4001193