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  VIPERGAN50、VIPERGAN65和VIPERGAN100是意法半導(dǎo)體VIPerGaN系列中首款高壓GAN轉(zhuǎn)換器，可在寬范圍工作電壓(9V至23V)中分別提供50W、65W和高達(dá)100W的功率。我們還推出了EVLVIPGAN100PD，這是我們首款用于USB-PD應(yīng)用的VIPERGAN100評(píng)估板。VIPerGaN器件使用650V氮化鎵(GaN)晶體管，這意味著在自適應(yīng)突發(fā)模式開(kāi)啟時(shí)，待機(jī)模式下的功耗低于30mW。QFN 5mmx6mm封裝也使其在業(yè)內(nèi)同等功率輸出中擁有較小的封裝尺寸。

雖然器件相似，但由于GaN晶體管的RDS(ON)較低(VIPERGAN50為450 mΩ;VIPERGAN65為260mΩ;VIPERGAN100為225mΩ)，因此輸出功率可能更高。VIPERGAN100在歐洲電壓范圍(185-265VAC)內(nèi)可提供100W的輸出功率。其他情況下，則將提供75W(85-265VAC)的功率。此外，所有器件均可實(shí)現(xiàn)引腳兼容，工程師無(wú)需大幅改變PCB布局或設(shè)計(jì)即可快速互換。因此，我們的團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)更實(shí)用的產(chǎn)品組合來(lái)降低GaN的門(mén)檻。

  為何選擇QR ZVS反激式轉(zhuǎn)換器?

  應(yīng)用不斷對(duì)功率密度提出更高要求

▲越來(lái)越小的充電器

在2002年11月的AN1326(L6565準(zhǔn)諧振控制器)應(yīng)用筆記中，我們解釋了工程師經(jīng)常在電視和其他電器的開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)中使用準(zhǔn)諧振(QR)零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)，也稱為開(kāi)啟時(shí)谷底開(kāi)關(guān)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)至今依然適用，并已出現(xiàn)在更多產(chǎn)品中。其原因在于，功率包絡(luò)的密集度每過(guò)十年就會(huì)顯著增加。例如，現(xiàn)在像素更高的電視，其功耗要求也更為嚴(yán)格。同樣，雖然50W充電器并非新產(chǎn)品，但消費(fèi)者需要的是外觀輕便，且能給筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)和其他設(shè)備快速充電的產(chǎn)品。

  QR ZVS反激式轉(zhuǎn)換器不斷需求更高效率

業(yè)界經(jīng)常選用準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器，主要原因在于其較高的效率。傳統(tǒng)PWM轉(zhuǎn)換器中，在電壓最高時(shí)開(kāi)啟器件，會(huì)導(dǎo)致功率損耗隨開(kāi)關(guān)頻率的增加而上升。工程師可使用緩沖電路緩解此類情況，但提高效率的有效途徑是軟開(kāi)關(guān)，即在電壓或電流為零時(shí)進(jìn)行開(kāi)關(guān)。為此，通過(guò)諧振(電感-電容或LC)將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為正弦波形。在ZVS中，啟動(dòng)發(fā)生在曲線底部或谷底。多年來(lái)，工程師試圖提高QR ZVS反激式轉(zhuǎn)換器效率，而GaN恰巧可以滿足這一需求。

  為何選擇VIPERGAN50、VIPERGAN65或VIPERGAN100?

  GaN晶體管

▲VIPerGaN器件

  VIPERGAN50、VIPERGAN65和VIPERGAN100使用與MASTERGAN系列相同的650V GaN晶體管，因此具有類似優(yōu)勢(shì)。例如，GaN高電子遷移率意味著器件可適用于高開(kāi)關(guān)頻率。因此，器件可承受更大負(fù)載，同時(shí)減少損耗。有鑒于此，GaN可用于制造可輸出更高功率，同時(shí)整體尺寸更小的電源。從時(shí)間來(lái)看，VIPERGAN50率先問(wèn)世。此后，意法半導(dǎo)體陸續(xù)發(fā)布了具有更大輸出功率的型號(hào)來(lái)展示其對(duì)GaN的承諾。

  多模式操作

  新器件可通過(guò)多模式操作優(yōu)化其性能。簡(jiǎn)言之，VIPERGAN50、VIPERGAN65或VIPERGAN100可根據(jù)負(fù)載調(diào)整其開(kāi)關(guān)頻率。在重負(fù)載期間，準(zhǔn)諧振電路可將GaN的導(dǎo)通與變壓器去磁(ZCD引腳)同步，顯著減少損耗。同樣，重負(fù)載載或中等負(fù)載會(huì)觸發(fā)跳谷。概括而言，負(fù)載降低時(shí)，晶體管可跳過(guò)一個(gè)或多個(gè)谷底。在這種情況下，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)降低以限制損耗。

  同樣，頻率折返模式可在中等和輕負(fù)載期間降低頻率，但確保其保持在某個(gè)閾值以上以防止噪聲。最后，在輕載或空載時(shí)，突發(fā)模式可將開(kāi)關(guān)頻率限制在幾百赫茲，同時(shí)保持恒定峰值電流以防止噪聲。在最后一種模式中，VIPERGAN50、VIPERGAN65和VIPERGAN100的靜態(tài)電流僅為900μa。因此，新器件可助力滿足要求更高能效以節(jié)省全球資源的新環(huán)境法規(guī)。

▲VIPERGAN50多模式操作

  保護(hù)功能

  傳統(tǒng)上，工程師添加外部器件以提供安全功能并保護(hù)其電路。VIPERGAN50、VIPERGAN65和VIPERGAN100可極大提高效率，這意味著意法半導(dǎo)體有空間容納更多的安全功能。因此，設(shè)計(jì)師在電路板上需要更少的組件，從而減少所用材料。舉例而言，新器件是VIPer Plus系列中首款提供輸入過(guò)壓保護(hù)(iOVP)以防止突然電壓尖峰的器件。同理，brown-in/brown-out功能通過(guò)設(shè)置啟動(dòng)運(yùn)行和停止運(yùn)行的最小輸入電壓監(jiān)控電源電壓，以保護(hù)系統(tǒng)免受不可靠電源的影響。這些功能的優(yōu)先級(jí)高于更常見(jiàn)的過(guò)溫和過(guò)載/短路保護(hù)。

▲EVLVIPGAN100PD

  EVLVIPGAN100PD，這是一款采用了Power Delivery 3.0的100W USB-C應(yīng)用參考設(shè)計(jì)。該板具有五種電源傳輸模式：5V-3A、9V-3A、12V-3A、15V-3A、20V-5A，團(tuán)隊(duì)可由此打造一個(gè)帶原理圖的硬件平臺(tái)，用于啟動(dòng)其自定義PCB和配置文件，這些PCB和配置接近其在應(yīng)用中使用的配置文件。無(wú)論電源電壓是115V還是230V，即使在50%的負(fù)載下，系統(tǒng)的峰值效率依然超過(guò)90%。