【应用】国产氮化镓场效应晶体管INN650D02助力1/4砖DC-DC电源模块设计，峰值效率高达95%以上
众所周知，标准砖DC-DC电源模块按照模块尺寸可分为1/16砖、1/8砖、1/4砖等，随着市场应用需求变得多样化以及半导体器件的不断突破，电源的功率密度和效率也不断提升，基于GaN的砖电源砖模块设计可提高效率和功率密度，不断向高效高功率密度发展，应用于网络通信设备、数据中心供电、工业设备、智能制造等领域。
图1 1/4砖DC-DC电源模块
在DC/DC电路拓扑一般为半桥/全桥LLC，如图1 为一个300W 1/4砖的DC/DC电源模块的设计主架构框图。本方案的拓扑为LLC半桥谐振结构。前级采用模拟谐振变换器控制芯片，使得前级半桥MOS管Q1、Q2全程工作在软开关状态，降低了Q1、Q2的开关损耗，使整机具有优良的EMI特性，其功能特性为输入电压为400V，输出电压为12V，输出额定电流25A，正常工作频率500KHZ。
一般传统方案采用的是Si基器件来做半桥LLC前级和后级的开关管，由于器件的自身材料限制使得产品的整机效率只能到93-94%，而采用第三代半导体器件如GaN FET可使整机效率高达95%以上，那么在1/4砖电源模块设计时选型功率开关器件也成为关键所以，主要注意以下几点：
1、次级整流方式，需要根据输出电压等级以及应用场景来选择是同步整流方案还是非同步整流；
2、开关管最大承受电压，根据输入输出电压范围选择合适耐压的元件，留有一定的余量，避免受电压应力导致击穿损坏；
3、开关管导通时最大持续电流，能够满足额定功率下提供给负载的最大连续电流，且留有一定的余量;
5、更低的反向恢复电荷Q-RR，以实现更高效的同步整济;
6、非常低的栅极电荷Q-G,可提升开关速度;
7、器件封装，需要体积较小的封装可方便PCB的layout;
8、PCB的layout时功率环路最小化, 减少电压应力；
由于该模块设计考虑高效率，Si基器件来做半桥LLC前级和后级的开关管，由于器件的自身材料限制使得产品的整机效率只能到93-94%，而采用第三代半导体器件如GaN FET可使整机效率高达95%以上，该方案输出电压12V，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，本文重点介绍国产英诺赛科氮化镓场效应晶体管INN650D02助力1/4电源砖模块设计，峰值效率高达95%以上。
图2 INN650D02封装尺寸及Pin脚定义
国产英诺赛科氮化镓场效应晶体管 INN650D02应用于1/4砖DC-DC电源模块中具有以下优势：
1、高耐压650V，针对输入400V电压具有大的余量,避免电压应力导致击穿的风险;
2、持续漏极电流11A@Tτ=25℃,峰值脉冲电流达20A，满足额定功率下提供给负载的最大连续电流;
3、超低导通电阻RDs(on）最大值为200mΩ，降低其损耗以及器件发热量;
4、非常低的栅极电荷Q-G,典型值10.5nc,可提升开关速度，可满足500KHZ的开关频率;
5、封装尺寸小仅为3.5mmx1.95mm，节省PCB板电路面积，功率环路最小化, 减少电压应力;
6、相比Si基开关器件，使用 INN650D02可使系统效率要高达95%以上，且符合JEDEC标准的工业应用要求，满足高效电源切换。
7、成熟器件在砖电源模块，PD快充等产品中均有大批量应用，国产器件在价格和交期以及技术支持方面都能够快速响应；
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