常見 ACDC 電源拓?fù)渲械凸β?GaN 的優(yōu)勢(shì)

消費(fèi)者需要為其日常攜帶的各種電子設(shè)備提供便攜式、快速且高效的充電器。隨著越來(lái)越多的電子產(chǎn)品轉(zhuǎn)向USB Type-C®充電器，對(duì)可用于為任何設(shè)備充電的緊湊型電源適配器的需求正在迅速增加。

設(shè)計(jì)用于PC、電視等的現(xiàn)代消費(fèi)類USB Type-C移動(dòng)適配器和電源時(shí)面臨的挑戰(zhàn)是保持或提高功率水平，同時(shí)減小解決方案尺寸。 TI的低功耗氮化鎵 (GaN )器件以非常常見的拓?fù)浣鉀Q了這一挑戰(zhàn)，同時(shí)提供散熱、尺寸和集成優(yōu)勢(shì)。除了近幾十年來(lái)GaN等寬帶隙技術(shù)的發(fā)展之外，各種AC/DC拓?fù)湟踩〉昧诵碌母倪M(jìn)，以提高效率和功能。本文詳細(xì)介紹了這些設(shè)備在適合這些應(yīng)用的常見拓?fù)渲械膬?yōu)勢(shì)和兼容性，并介紹了一些令人興奮的新拓?fù)洹?

利用有源鉗位反激式(ACF)和非對(duì)稱半橋(AHB) 拓?fù)渥畲笙薅鹊靥岣咝屎凸β拭芏?

幾種新開發(fā)的半橋拓?fù)溆兄趦?yōu)化效率，同時(shí)提供可變輸出電壓能力。圖1中所示的ACF和AHB拓?fù)溆兄谧畲笙薅鹊靥岣逥C/DC級(jí)的效率和功率密度。與準(zhǔn)諧振(QR)和零電壓開關(guān)(ZVS)反激式中使用有損緩沖器鉗位不同，ACF和AHB拓?fù)淇蓪⑿孤┠芰炕厥罩凛敵?，從而進(jìn)一步提高效率。此外，這兩種拓?fù)淇梢酝耆蛪簜?cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 ( FET ) 的電壓尖峰。因此，可以在次級(jí)側(cè)使用較低電壓的同步整流器FET 。此外，AHB拓?fù)洳恍枰诙€(gè)輸出濾波器，這有助于創(chuàng)建整體成本更低、尺寸更小的解決方案。

LMG3624 集成 GaN FET具有內(nèi)置“無(wú)損”電流感應(yīng)功能，有助于通過(guò)降低損耗進(jìn)一步提高效率，如圖 2 所示。例如，對(duì)于 65W ACF，集成電流感測(cè)電路的損耗貢獻(xiàn)小于 10mW，而傳統(tǒng)電流感測(cè)方案的損耗約為 170mW。需要電流模式控制的各種拓?fù)?例如 ACF 和 AHB)可以極大地受益于這種顯著的損耗降低，從而進(jìn)一步提高整體解決方案的效率。

圖1：ACF和AHB拓?fù)?

圖2：內(nèi)置電流檢測(cè)與傳統(tǒng)電流檢測(cè)之間的功率損耗比較。

圖騰柱PFC拓?fù)溥m合更高功率設(shè)計(jì)

在世界許多地方，當(dāng)功率水平超過(guò)70W時(shí)，都需要功率因數(shù)校正(PFC)級(jí)。如果您希望在功率因數(shù)校正階段充分利用GaN的功能，您可能會(huì)考慮圖3中所示的圖騰柱PFC拓?fù)?。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)消除了橋式整流器，從而提高了GaN FET的價(jià)值。這是因?yàn)镚aN FET具有零反向恢復(fù)損耗的特性。

金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)具有固有的體二極管，該二極管具有較大的反向恢復(fù)電荷，使得MOSFET在此拓?fù)渲袔缀鯚o(wú)法使用。碳化硅(SiC)在反向恢復(fù)電荷方面僅提供很小的改進(jìn)。另一方面，LMG3624具有可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)換速率，可幫助系統(tǒng)在電磁干擾(EMI)和效率之間找到適當(dāng)?shù)钠胶狻?

圖3：圖騰柱PFC拓?fù)?

用于QR、ZVS、LLC和升壓PFC拓?fù)涞牡凸β蔊aN

雖然新的拓?fù)洳粩嘤楷F(xiàn)，但在傳統(tǒng)拓?fù)渲胁捎眉蒅aN仍然具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在QR反激式、ZVS反激式和傳統(tǒng)升壓PFC中引入GaN已變得司空見慣。只需用GaN FET替換一個(gè)開關(guān)FET即可提高效率和開關(guān)頻率能力(主要是由于 GaN 的輸入電容較低并減少了關(guān)斷損耗)。此外，LMG3624 GaN FET還具有低靜態(tài)電流的特點(diǎn)，進(jìn)一步降低了待機(jī)模式下的功耗。QR、ZVS和升壓PFC拓?fù)湟彩芤嬗贚MG3624的集成無(wú)損電流檢測(cè)電路。

LLC諧振轉(zhuǎn)換器拓?fù)湟汛嬖跀?shù)十年，LLC 在 USB Type-C 輸出電壓不占主導(dǎo)地位的固定輸出電壓應(yīng)用中很常見，例如筆記本電腦適配器和電視電源。與大多數(shù)半橋DC/DC拓?fù)湎啾龋@種LLC拓?fù)溥€實(shí)現(xiàn)了同類最佳的變壓器效率。

概括

對(duì)更小、更高效的交流/直流解決方案的需求持續(xù)增長(zhǎng)，消費(fèi)者尋求更小、更易于攜帶的適配器。在工業(yè)應(yīng)用中，由于GPU(圖形處理單元)需要更多功率，因此PC需要高效電源(PSU) 。高端平板電視還需要更薄的PSU 。 LMG3624提供的功能和優(yōu)勢(shì)可以集成到本文中介紹的任何拓?fù)渲校詭椭鷿M足這些應(yīng)用的要求。