【应用】EPC的氮化镓场效应晶体管EPC2024用于1/4砖电源模块，峰值效率高达97%以上

时间： 2021-07-16 来源：世强

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众所周知，开关电源一般是通过开关管，续流元件，储能电感等基本部分构成，通过开关管（MOS/IGBT），的开通给电感储能，关闭时电感释放能力，周期性的重复来实现电压转换。

在砖电源模块中，根据电源模块尺寸可分为1/16砖、1/8砖、1/4砖等，DC/DC电路拓扑一般为半桥/全桥LLC，

输出次级一般可分同步整流和非同步整流方案，如下图1为1KW额定功率1/4砖DC/DC电源模块的设计主架构框图。其中主体是由逆变+同步整流搭建而成全桥LLC变换器，其功能特性为输入电压为36~48V，输出电压为7.2~9.6V，输出电流80A，变压器匝比为5:1，频率500KHZ。

图1 1/4砖DC/DC电源模块主架构框图

针对上述电源模块规格参数和设计方案选择开关管和整流方式需要注意几下几点：

1、次级整流方式，需要考虑效率、成本、可靠性这三个方面；

2、开关管/整流二极管的耐压的，根据输出电压范围选择合适耐压的元件，避免受电压应力导致击穿损坏；

3、导通电压降选择较低的值，使器件的损耗功率降低，提高整流的效率；

4、要求开关速度更快,开关频率满足500KHZ的需求；

5、封装的尺寸，由于是1/4砖电源模块，需要体积较小的封装可方便PCB的layout;

本文重点介绍EPC公司的氮化镓场效应晶体管EPC2024应用于1/4砖电源模块，全桥拓扑LLC次级侧同步整流开关使用,额定电压为40V,导通电阻1.5mΩ。

次级整流方式的选择主要考虑到效率、成本和可靠性等因素：

1、针对高输出电压，高占空比，两者效率差不多，主要是由于肖特基二极管和开关管的损耗功率低。

2、针对低输出电压，低占空比，大电流应用场景来说，采用同步整流的转换效率相对较高。

由于该模块设计考虑高效率，原来使用Si Mos设计效率只能到96.2%，且输出电压低7.2~9.6V，80A的电流，因此针对低输出电压，低占空比，大电流应用场景来说，采用同步整流的转换效率相对较高，且使用氮化镓场效应晶体管EPC2024可使模块系统效率高达97%以上。

图2 EPC2024封装尺寸图

EPC硅基增强型氮化镓场效应晶体管EPC2024应用于1/4砖DC-DC电源模块中具有以下优势：

1、EPC2024具有更宽带隙和电子迁移率,其开关速度更快,开关频率满足500KHZ的应用；

2、高耐压40V，针对输出电压具有2倍以上的耐压余量,避免电压应力导致击穿的风险;

3、持续漏极电流90A@Tτ=25℃,峰值脉冲电流达560A，满足额定功率下提供给负载的最大连续电流;

4、超低导通电阻RDs(on）最大值为1.5mΩ，使器件的损耗功率降低，提高整流的效率；

5、非常低的栅极电荷QG,较基准硅MOSFET器件小十倍，典型值18nc,可提升开关速度;

6、零反向恢复电荷Q-RR，以及实现更高效的同步整济;

7、管子尺寸小仅为6.05 mm x2.3mm，节省PCB板电路面积;

8、EPC2024用于二次侧同步整流，峰值效率高达97以上%；

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