eGaN FET與硅功率器件比拼之隔離型PoE-PSE轉換器

PSE轉換器的比較

采用eGaN FET設計的半磚PSE轉換器可以與類似的48V至(約)53V全穩(wěn)壓商用半磚轉換器來進行比較。如前所述，這些商用轉換器覆蓋了表1所列出的各種拓撲和配置。為了重點說明基于eGaN FET的原型與這些轉換器是如何比較的，本文選擇了兩種產(chǎn)品(表1中的B和D轉換器)來展示全面結果。

表1：商用半磚PSE轉換器的比較。

D轉換器是一種傳統(tǒng)的單級、單變壓器的單轉換器，它具有與原型相似的拓撲(雖然eGaN FET的原型含有兩個并聯(lián)轉換器)。圖6和圖7所示的效率比較表明，使用較低開關頻率可以實現(xiàn)輕載效率的優(yōu)勢，并且通過仔細設計磁芯損耗和漏電感則有可能實現(xiàn)輕載優(yōu)化。相比之下，eGaN FET轉換器的磁芯僅是為了實現(xiàn)最小的漏電感和在75%更高的開關頻率下審慎切換。這樣，雖然輕載時的效率較低，但在大約50%負載時，eGaN FET原型在相似的轉換器總損耗及滿負載條件下將最終產(chǎn)生高出25%的功率(損耗比較見圖6)。

用作比較的第二個商用的半磚式轉換器(B轉換器)采用的是兩級方案。雖然兩級方案與原型方案不同，但二者都把輸出功率分布到兩個獨立且并聯(lián)工作的轉換器。兩級方案的優(yōu)勢是支持未調節(jié)隔離級轉換器的效率優(yōu)化，因為它工作在固定的占空比和電壓，與轉換器輸入電壓無關，同時，這種受控的輸入/輸出電壓允許使用具有更好品質因素的更低額定電壓的器件。其缺點是兩級電路所帶來的額外導通損耗，以及復雜性和器件數(shù)量的增加。

eGaN FET原型和兩級轉換器之間的效率比較如圖8所示。它顯示了產(chǎn)品最優(yōu)化的過程，因為在標稱48V輸入時達到了峰值效率。拓撲間的差異可以通過比較38V(低壓線)輸入電壓的結果來描述：由于兩級轉換器采用了升壓調節(jié)電路，低壓線電壓實際上是最差的情況(導通損耗增加，開關損耗沒有明顯的降低)，而對傳統(tǒng)的單級方案來說，低壓線是最好的情況，因為其開關損耗最小。

兩級轉換器在低壓線處的功耗幾乎接近50W(在相同條件下幾乎是eGaN FET轉換器的兩倍)(見圖9)，而在75V(高壓線)輸入損耗在工作電壓高出25%時，則比基于eGaN FET的轉換器高出15%。

圖6：eGaN FET原型半磚PSE轉換器與D轉換器(商用MOSFET解決方案)半磚PSE轉換器的效率比較。

圖7：eGaN FET原型與D轉換器半磚PSE轉換器的功耗比較。

圖8：eGaN FET原型與B轉換器半磚PSE轉換器的效率比較。

圖9：eGaN FET原型與B轉換器半磚PSE轉換器的功耗比較。

本文小結

本章對采用eGaN FET原型設計的全穩(wěn)壓半磚式供電設備轉換器與類似的MOSFET轉換器進行了比較。與可比的先進商用轉換器相比，eGaN FET原型工作在約高出兩倍的開關頻率時，性能可以得以充分發(fā)揮。與最接近的商用轉換器相比，其輸出功率可以高出100W。

值得注意的是，在磚式轉換器設計中，拓撲的選擇和器件的優(yōu)化與選擇最佳功率器件同樣重要。所有擅長于這些工藝的工程師應該能夠進一步改善本文所討論的eGaN FET原型的性能。