讓AC/DC電源適配器體積縮小一半、效率超95%，剖析TI低功耗GaN新品

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）電源適配器作為電子設備的核心組件之一，隨著(zhù)電子設備升級迭代速度加快，電源適配器也在經(jīng)歷著(zhù)前所未有的快速發(fā)展。為了提高充電效率和安全性，電源適配器在高性能芯片和拓撲電路等方面持續創(chuàng )新。

本文我們將為大家重點(diǎn)介紹TI低功耗GaN（氮化鎵）系列新品，以及TI為這些新品器件打造的評估方案。

將AC/DC解決方案的尺寸縮小一半

電源適配器是小型便攜式電子設備及電子電器的供電電源變換設備，其發(fā)展趨勢受到多方面因素的影響?？偨Y而言，目前電源適配器的主要發(fā)展趨勢包括便攜式、輕薄化、高效能、高集成、高功率密度等。由于GaN IC相較于傳統Si MOSFET有著(zhù)更快的開(kāi)關(guān)速度和更低的開(kāi)關(guān)損耗，因此成為提升電源適配器性能的主要手段之一。

TI全新推出的低功耗GaN新品便是高度集成的GaN IC，如下圖所示，LMG3626是該系列中的其中一款器件，在器件內部集成了功率 FET、柵極驅動(dòng)器和電流檢測功能，這個(gè)電流檢測功能具有高帶寬和高精度的電流檢測仿真能力。通過(guò)高度集成的器件特性，TI低功耗GaN新品能夠幫助研發(fā)人員降低設計難度，并減少元器件的用量，降低BOM成本。此外，TI低功耗GaN新品還有LMG3622和LMG3624型號，均是高度集成的器件。

LMG3626器件內部框圖

根據TI給出的對比數據，相較于分離式GaN和硅解決方案，TI低功耗GaN新品可以實(shí)現解決方案尺寸縮小50%，并聯(lián)電阻器功率損耗降低94%，對于消費級USB Type-C移動(dòng)充電器、PC電源和電視電源等應用，可以在縮小解決方案尺寸的同時(shí)保持甚至提高功率水平。

兼容主流的拓撲電路

在過(guò)去很長(cháng)一段時(shí)間里，由于GaN HEMT和傳統Si MOSFET在驅動(dòng)電路上有明顯不同，導致GaN器件在使用上會(huì )存在一定的門(mén)檻，給方案設計造成一定的困擾。而集成驅動(dòng)的單芯片解決方案的出現，使GaN器件比硅功率器件更簡(jiǎn)單易用，此時(shí)研發(fā)人員可以將更多精力放在方案創(chuàng )新上，而不是花費大量心思探究GaN HEMT和Si MOSFET的不同。

當然，對于TI低功耗GaN新品而言，這些器件不僅是高度集成的單芯片解決方案，同時(shí)其對主流拓撲友好的兼容性也能夠幫到研發(fā)人員。

據悉，TI低功耗GaN新品針對AC/DC電源轉換中常見(jiàn)的拓撲結構進(jìn)行了優(yōu)化，包括ACF、QR反激式、AHB反激式、LLC、圖騰柱PFC。其中，借助ACF 和 AHB 拓撲，這些GaN IC能夠幫助研發(fā)人員更大限度提高效率和功率密度；通過(guò)圖騰柱 PFC 拓撲，這些GaN IC支持更高功率的設計；在QR、ZVS、LLC 和升壓 PFC 拓撲中，這些GaN IC能夠實(shí)現更低功耗的設計。

ACF 和 AHB 拓撲

圖騰柱 PFC 拓撲

我們展開(kāi)來(lái)看，ACF 和 AHB 拓撲能夠完全消除低側場(chǎng)效應晶體管 (FET) 上的電壓尖峰，從而在次級側啟用低壓同步整流器FET，有助于更大限度提高直流/直流級的效率和功率密度。通過(guò)這些描述不難看出，ACF 和 AHB 拓撲需要電路具備電流檢測能力，而TI低功耗GaN新品均內部集成了這種電流檢測功能，且基本是一種“無(wú)損”電流檢測。例如，在 65W ACF中，TI低功耗GaN新品集成電流檢測的損耗不到10mW，而傳統電流檢測方案的損耗約為170mW。

集成電流檢測與傳統電流檢測的功率損耗對比

在圖騰柱 PFC 拓撲中，TI低功耗GaN新品不僅由于反向恢復損耗為零提升了拓撲的價(jià)值，同時(shí)提供可調節的壓擺率，有助于在系統中找到電磁干擾和效率的合理平衡點(diǎn)；在QR、ZVS、LLC 和升壓 PFC 拓撲中，只需要用TI低功耗GaN新品替換單個(gè)開(kāi)關(guān) FET，即可看到效率和開(kāi)關(guān)頻率能力的明顯提升。

對于傳統拓撲和創(chuàng )新拓撲電路的高度兼容，讓研發(fā)人員在使用TI低功耗GaN新品時(shí)，能夠更加自如，綜合應用場(chǎng)景、性?xún)r(jià)比等多方面因素來(lái)選擇合適的拓撲結構。據介紹，在大于 75W 的AC/DC應用中，借助TI低功耗GaN新品，系統效率可提升至 95% 以上；在小于 75W 的AC/DC應用中，借助TI低功耗GaN新品，系統效率可提升至 94%。

為了讓大家更快地熟悉TI低功耗GaN新品，TI公司還專(zhuān)門(mén)提供了評估套件——LMG3622EVM-082和LMG3624EVM-081。

LMG3622EVM-082


LMG3624EVM-081

結語(yǔ)

通過(guò)上述內容能夠看出，憑借單芯片集成驅動(dòng)的設計，TI低功耗GaN新品能夠顯著(zhù)降低GaN器件的使用門(mén)檻，并簡(jiǎn)化設計，降低BOM成本；通過(guò)對傳統和創(chuàng )新拓撲的兼容，研發(fā)人員可以借助TI低功耗GaN新品靈活地實(shí)現自己的方案設計；此外，TI低功耗GaN新品也能夠幫助研發(fā)人員改善方案散熱設計。