基于LMG5200 GaN器件的負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換電源參考設(shè)計(jì)

該參考設(shè)計(jì)采用具有電流倍增整流器(current-doubler rectifier)的單級硬開關(guān)半橋，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有效地支持高降壓比，同時(shí)提供可觀的輸出電流和可控性，實(shí)現(xiàn)了48V向1V的轉(zhuǎn)換，可用作總線處理器、數(shù)據(jù)通信處理器以及FPGA和ASIC的電源。

圖1，方案原型

方案特點(diǎn)

方案初級采用LMG5200作為功率級，次級采用EPC2023 GaN FET。由于采用GaN晶體管，消除了轉(zhuǎn)換器的反向恢復(fù)效應(yīng)，極大提高了轉(zhuǎn)換效率。方案支持36V至75V的輸入電壓以及0.5V至1.5V的輸出電壓，默認(rèn)輸出電壓為1V，輸出電流高達(dá)50A。

圖2，方案電路圖

方案的輸出電壓可通過I2C接口進(jìn)行編程。主要特點(diǎn)包括：

? 采用D-CAP+高性能控制器。

? 輸入電壓36V至75V。

? 輸出電壓1V，可通過I2C總線在0.5V to 1.5V范圍進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置。

? 輸出電壓斜率24-48mV/μs，可電阻配置。

? 輸出電流高達(dá)50A。

? 開關(guān)頻率600kHz，可通過電阻在400kHz to 1MHz之間設(shè)置。

? 輸入使能，PGOOD輸出。

? 板上10A動(dòng)態(tài)負(fù)載，支持10A/μs斜率。

? 可選電阻來配置負(fù)載線。

? 輸出欠壓和過壓保護(hù)。

? 輸出過流保護(hù)。

芯齊齊BOM分析

芯齊齊BOM智能工具顯示，本方案采用了6種來自TI的半導(dǎo)體器件，元器件總數(shù)145個(gè)。其中，電路標(biāo)號U1為一款500mA LDO線性穩(wěn)壓器LP38693，采用5引腳SOT-223無鉛封裝，輸出通過陶瓷電容器進(jìn)行穩(wěn)定。

圖3，方案BOM表

U3(LMG5200)是集成了80V、10A驅(qū)動(dòng)器和GaN半橋功率級方案，包含兩個(gè)80V GaN FET。對于具有高頻、高效操作及小尺寸要求的應(yīng)用而言，該器件堪稱理想的解決方案，因?yàn)槠浞聪蚧謴?fù)電荷幾乎為零，輸入電容CISS也非常小。LMG5200器件采用6mm × 8mm × 2mm封裝，可輕松安裝在PCB上。

U2(LP2992)為微功耗250mA低噪聲超低壓降LDO，采用6-pin Pb-FreeLLP封裝。

U4(TPS53632G)是一款采用D-CAP+架構(gòu)的半橋PWM控制器，可直接從單級轉(zhuǎn)換中提供快速瞬態(tài)響應(yīng)，最低輸出電容和高效率48V總線。TPS53632G采用耐熱增強(qiáng)型32引腳VQFN封裝，與LMG5200 GaN功率級和驅(qū)動(dòng)器配合使用，能夠直接將48V電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)載點(diǎn)電壓(0.5-1.5V)，可以切換高達(dá)1MHz的頻率，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)92%的高頻率和高效率轉(zhuǎn)換。

U5(LMC555CMM/NOPB)是用于生成準(zhǔn)確延時(shí)和振蕩的低功耗555定時(shí)器，采用8-pin小型SOIC封裝。

圖4，方案PCB布線圖

U6、U7、U8為單通道高速低側(cè)門極驅(qū)動(dòng)器，工作溫度-40C至+140C，邏輯類型TTL，工作電壓4.5-18V。

本方案電路元器件均為標(biāo)準(zhǔn)品類，用戶可以按照原始BOM表中的零件號從原廠采購，也可以通過芯齊齊BOM智能工具尋找替代品，然后從硬之城(allchips.com)一站購齊，再通過反復(fù)驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)由48V甚至更高電壓向1V的轉(zhuǎn)換，以不折衷的效率為總線處理器、數(shù)據(jù)通信處理器以及FPGA和ASIC提供可靠的1V電源。

審核編輯：湯梓紅