如何采用GaN實現(xiàn)48V至POL單級轉(zhuǎn)換

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企業(yè)服務(wù)器、交換機(jī)、基站和存儲硬件設(shè)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(jìn)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(jī)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(jìn)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。

圖1：交流（AC）至48V至負(fù)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(shè)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(fù)電荷，無反向恢復(fù)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。

圖2：不同負(fù)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LMG520080V 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(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)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(dāng)將輸入電壓增加到75V時，效率也不會顯著下降。

如果您正在設(shè)計用于企業(yè)服務(wù)器、交換機(jī)、基站和存儲設(shè)備等終端應(yīng)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(shè)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。

審核編輯：金巧