【选型】效率高达96.1%，开关频率运行在500kHz的eGaN FET，适用于汽车48V电源转换器

时间： 2018-08-01 来源：世强

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随着汽车电气化进程的深入，汽车内部的负载功率不断增加，传统的12V供电系统已经接近功率上限。为了进一步提高供电功率、减小线损，需要提高汽车电气系统的电压，目前主流的电压规格为48V电源系统。如图1所示：

图1：汽车电气系统电压变化趋势

目前，汽车中大部分负载仍然采用的是12V供电，而新增部件（如电子真空泵、电子空调、电子涡轮增压器等）逐渐采用48V供电。因此，在汽车内12V和48V供电是并存的，而电源转换器（DC-DC）作为12V电气网络和48V电气网络的桥梁，承担了两者之间能量转换的职责。

通常情况下，汽车内部的空间非常紧凑，而且散热条件不佳。这对于48V电源转换器的体积和效率提出了很高的要求，同时由于能量需要在48V和12V电气网络之间流动，电源转换器还需要具有能量双向流动的功能。在能量正向传输通常采用非隔离BUCK拓扑电路实现降压变换，而反向传输采用BOOST拓扑电路实现升压变换，这可以半桥功率器件实现。如图2所示：

图2：双向DC-DC电源转换器拓扑电路

如图2所示，双向DC-DC电源转换器主要由两个功率开关管和功率电感实现能量传输，开关管的开关频率决定了功率电感的感量和体积大小，开关管的损耗决定整机的发热量和效率。因此，高开关频率、低损耗的功率器件是提高效率、减小体积的关键因素。EPC（美国宜普电源转换公司）推出的eGaN FET具有高开关频率、低开关损耗的特点，对于DC-DC电源转换器的性能提升具有非常重要的作用。

下面我们以EPC推出的新一代（Gen5）eGaN FET EPC2045为例，介绍eGaN FET的性能特点，以及它给DC-DC转换器带来的性能提升。图3所示为EPC2045增强型功率晶体管封装示意图：

图3：EPC2045封装示意图

如图3所示，EPC2045氮化镓场效应晶体管是采用EPC新一代（Gen5）技术封装而成，其耐压为100V，导通阻抗仅为7mΩ，持续运行最大电流可达16A。其管脚之间的距离仅为传统Si MOS的1/10，因此可以最大限度的减小寄生电容和寄生电感，实现更高的开关频率以及更低的开关损耗。为了帮助客户缩短研发周期，EPC推出了参考设计EPC9130，如图4所示：

图4：EPC9130参考设计

图4所示的参考设计DEMO板采用5相交错并联BUCK拓扑电路，以EPC2045为功率器件，可实现输入电压48V，输出电压12V、输出电流50A的DC-DC转换电源，其效率最高可达91.6%，开关频率运行在500kHz，能量密度高达1250W/in3。

由上述参考设计可以看到，采用EPC推出的eGaN FET可以运行在更高的开关频率（500kHz），在保持高效率、低损耗的同时，极大的减小了整机体积，有利于提高汽车48V直流转换电源的性能。

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全部评论（52）

用户66158137 Lv3 高级工程师 2019-11-12

输入电压范围 10VDC --- 120VDC 输入电流 1A -- 110A 额定负载输出电压范围 10VDC --- 110VDC 典型： 48VDC 输出电流： 10A 额定负载 0-1.5A线性可调求方案
- 用户26776627_世强回复：暂无该方案提供
  查看全部2条回复
jishizhong Lv9 2018-10-08

GaN 和sic的区别是什么
- Honglei_世强回复： GaN和SIC的区别从两方面讲，物理特性和电气特性。物理特性差异：氮化镓（GaN、Gallium nitride）是氮和镓的化合物，是一种直接能隙的宽禁带半导体材料。碳化硅（SiC）俗称金刚砂，为硅与碳相键结而成的陶瓷状化合物，碳化硅在大自然以莫桑石这种稀罕的矿物的形式存在。电气特性差异：GaN相比SIC具有更宽的带隙和电子迁移率，其开关速度更快，可轻松实现100V内ns级切换，开关频率可上至GHz，不过当前的GaN以200V以内应用更成熟些（如激光雷达），而650V的GaN应用就很少了，但是SIC的应用基于以650V、900V、1200V、1700V等应用颇为成熟，适用于高频、高压、高温等恶劣环境下，不过成本目前相对还是很高。
  查看全部4条回复
梦里呼噜 Lv6. 高级专家 2019-05-01

学习
jishizhong Lv9 2019-04-21

学习了
亚伦 Lv7. 资深专家 2019-01-11

学习了。

Alice2018 Lv4. 资深工程师 2018-12-28

学习了
龙言无忌 Lv7. 资深专家 2018-12-23

很不错
小军o Lv5. 技术专家 2018-12-20

学习了
wylfdx Lv6. 高级专家 2018-12-20

学习了
lcch81 Lv7. 资深专家 2018-12-19

很好

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EPC2040	Enhancement Mode Power Transistor	15V	3.4A	30mΩ	0.745nC	28A	BGA 0.85 mm*1.2mm