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采用GaN實現(xiàn)48V至POL單級轉(zhuǎn)換

發(fā)布時間:2020-08-21 責任編輯:wenwei

【導讀】企業(yè)服務器、交換機、基站和存儲硬件設計師都在尋求在其主板上提高功率密度和效率。隨著主板上元件數(shù)量的增加和外形尺寸的減小,電源密度成為進一步減小面積的限制因素。電源越小,主板尺寸就越小,減小主板尺寸就可以將更多的主板裝入給定的機架中,最大限度地提高數(shù)據(jù)中心吞吐量和性能。
 
在圖1所示的典型電信電源系統(tǒng)中,48VDC輸入電壓必須進一步降低到中間母線電壓(在此例中為3.3V),然后用一個或多個降壓直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器降壓成處理器、ASIC和FPGA內(nèi)核軌電壓、I/O軌、DDR存儲器、PHY芯片和其他低壓元件所需的各種穩(wěn)定低輸出電壓。
 
采用GaN實現(xiàn)48V至POL單級轉(zhuǎn)換
圖1:交流(AC)至48V至負載點(POL)電信電源系統(tǒng)
 
TI的氮化鎵(GaN)直流/直流解決方案去除了中間母線直流/直流轉(zhuǎn)換級,設計師可以在單級中將48V電壓降至更低的輸出電壓。
 
去除中間母線直流/直流轉(zhuǎn)換器使得功率密度和系統(tǒng)成本顯著增加,同時提高了可靠性。
 
與硅MOSFET相比,GaN的優(yōu)勢包括:
 
●   低輸入和輸出電容,減少開關(guān)損耗,實現(xiàn)更快的開關(guān)頻率。
●   接近0的反向恢復電荷,無反向恢復損耗,降低D類逆變器/放大器的損耗。
●   由于較低的柵極-漏極電容,大大降低了開關(guān)損耗,實現(xiàn)了更高的開關(guān)頻率,減少甚至去除了散熱器。
 
圖2顯示了GaN和硅FET之間48V至POL的效率比較。
 
采用GaN實現(xiàn)48V至POL單級轉(zhuǎn)換
圖 2:不同負載電流下GaN與硅直流/直流轉(zhuǎn)換器的48V至POL效率
 
TI的新型48V至POL GaN單級解決方案——采用TPS53632G 無驅(qū)動器脈寬調(diào)制(PWM)控制器和LMG5200 80V GaN半橋功率級(驅(qū)動器和GaN FET在同一集成電路上)——功率密度高,負載瞬態(tài)響應速度快,效率高,具有卓越的熱性能和系統(tǒng)可靠性,總面積為700mm2,輸出功率為48W。輸入電壓為60V,輸出電壓為1V,電流50A,開關(guān)頻率600kHz時,48V的效率為88%,如圖3所示。
 
模塊效率峰值為91%,在35A的輸出電流下仍然為90%。值得注意的是,即使當將輸入電壓增加到75V時,效率也不會顯著下降。
 
采用GaN實現(xiàn)48V至POL單級轉(zhuǎn)換
圖3:48V至POL GaN 直流/直流轉(zhuǎn)換器參考設計和在600KHz不同負載電流下的效率
 
如果您正在設計用于企業(yè)服務器、交換機、基站和存儲設備等終端應用的48V至POL 直流/直流轉(zhuǎn)換器,而且采用了傳統(tǒng)上使用的48V至中間母線和中間母線至POL直流/直流轉(zhuǎn)換器,是時候使用TI的GaN直流/直流解決方案來簡化您的設計,提高功率密度和可靠性了。在GaN解決方案門戶上查看TI完整的GaN直流/直流轉(zhuǎn)換產(chǎn)品組合。
 
 
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