ST發布50W GaN功率變換器，面向高能效消費及工業級電源設計

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2022-04-09 05:21:11 2

意法半導體發布了公司*采用氮化鎵(GaN)晶體管的功率變換器件VIPerGaN50，能夠簡化最高50W的單開關反激式功率變換器設計，通過集成一個 650V 氮化鎵 (GaN) 功率晶體管，使電源的能效和小型化達到更高水平。

▲50W GaN功率變換器 VIPerGaN50 簡化節能電源設計

VIPerGaN50 采用單開關拓撲，集成很多功能，包括內置電流采樣和保護電路，采用低成本的 5mm x 6mm 緊湊封裝。芯片內部集成的 GaN 晶體管可應用于高開關頻率，從而減小反激變換器的體積和重量。使用這款產品設計先進的高能效開關電源 (SMPS)，可顯著減少外圍元器件的數量。

VIPerGaN50 可幫助設計人員利用 GaN 第三代半導體技術來滿足日益嚴格的生態設計規范，在全球實現節能降耗和凈零碳排放。目標應用包括消費電源和工業電源，例如：電源適配器、USB-PD 充電器，以及家用電器、空調、LED 照明設備和智能儀表的電源。

為什么選擇QR ZVS反激式轉換器？

越來越小的充電器需要更高的功率密度。工程師經常在電視和其他電器的開關電源(SMPS)中使用準諧振(QR)零電壓開關(ZVS)，也稱為谷底開通，該拓撲結構正出現在更多產品中。原因在于，功率密度每過十年就變得越來越高。例如，現在的電視像素更高，功耗要求也更嚴格。同樣，雖然50W充電器并非新產品，但消費者需要外觀更小巧、且能給筆記本電腦、平板電腦、手機和其他設備快速充電的產品。

▲越來越小的充電器

QR ZVS反激式轉換器不斷追求更高效率。業界經常選用準諧振轉換器，主要是因為它的效率較高。傳統PWM轉換器在電壓最高時開啟器件，這會導致功率損耗隨開關頻率的增加而增加。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，這意味著在電壓或電流為零時進行開關。為此，通過諧振（電感-電容或LC）將方波信號轉換為正弦波形。在ZVS中，啟動發生在曲線底部或谷底。多年來，工程師試圖提高QR ZVS反激式轉換器效率，而GaN正好給出一個新答案。

VIPerGaN50 有哪些獨特優勢？

先進的GaN晶體管特性。VIPerGaN50 使用與masterGAN系列相同的650V GaN 晶體管，因此具有類似優勢。例如，GaN的高電子遷移率意味著該器件可適用于高開關頻率。因此，該器件可承受更大負載，同時減少損耗。有鑒于此，GaN可用于制造可輸出更高功率、同時整體尺寸更小的電源。VIPerGaN50 是意法半導體此類別的*產品，因此具有極大象征意義。意法半導體將繼續把 GaN作為業務發展重點，使用具有更高規格的晶體管。因此，未來的 VIPerGaN 型號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，可根據其負載調整其開關頻率，在所有輸入電壓和負載條件下，最大限度提高電源能效。在高負載下，準諧振 (QR) 模式配合零壓開關可最大限度地減少導通損耗和電磁輻射 (EMI)。在輕負載下，跳谷底模式可以控制開關損耗，并利用意法半導體專有的谷底鎖定技術防止產生人耳可以聽到的噪聲。頻率折返模式配合零壓開關可確保在輕負載條件下實現盡可能高的能效。自適應間歇工作模式可以在極低負載條件下最大程度降低功率損耗。此外，先進的電源管理功能可將待機功率降至 30mW 以下。

▲VIPerGaN50的多種不同工作模式

更佳的保護功能。VIPerGaN50內置功能確保電源的安全性和可靠性，包括輸出過壓保護、brown-in/brown-out，以及輸入過壓保護。還提供輸入電壓前饋補償，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和最大限度地減少 EMI的頻率抖動功能。因此，設計師可減少電路板上需要的組件，從而減少所用物料。

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