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【世健ADI技术分享】LTC7891的GaN 400W电源模块

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feiyangziwo
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  • 2023-8-25 19:01:50
分享人:feiyangziwo
所在行业:消费
应用领域:机器人
应用案例名称:GaN的400W电源模块

输入电压:DC 36~75V
输出电压:12V@33A
尺寸:1/8砖
主控IC:LTC7891
背景:现在市面上的电源模块都比较大,400W的尺寸都在1/4砖甚者更大,在需要大功率电源模块供电而体积和散热环境要求苛刻的机器人内部是一个很大的挑战,非隔离型的400W模块市场上更加少了。GaN有着它独特的在高频上和高功率密度的优势,可以提高电源开关频率减小后端的功率电感L和滤波电容C的体积,而且转换效率也能做到比较高效。
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feiyangziwo
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  • 2023-8-25 19:13:20
  • 倒数3
 
方案介绍:使用ADI专门给GaN设计的LTC7891作为控制核心,配合GaN EFT的 EPC2306的BUCK降压模块。
上原理图:


模块的尺寸和布局示意图:




PCB制版图



物料BOM



feiyangziwo
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  • 2023-8-31 19:36:19
  • 倒数2
 
板子回来焊接好的样子,看着还行。。



板子在拉满载的时候调试还是发些一些问题:

发现在重载的时候SW过冲有点严重,已经接近MOS的上限了,发热也有点严重

波形展开细节,多次过冲和震荡。考虑用RC吸收电路来消除过冲

测量震荡的频率,通过频率来计算吸收的R和C的值,R设置为10R-0.5W.



通过吸收脉冲,虽然在重载的时候效率损失了0.1%左右,但是还可以接受了。




feiyangziwo
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  • 2023-8-31 19:50:40
  • 倒数1
 
总结一下:
1,ADI的LTC7891栅极驱动电压可精确调节4V至5.5V,以优化性能,实现不同GaN FET甚至逻辑电平MOSFET,还可以通过配置死区时间,适配不同开关频率下的最优的效率设计。
2,GaN的驱动电压只有5V左右,而且开关频率高(可以设计>1Mhz),所以驱动环路在PCB layout的时候尤其需要注意,尽量走线最短和加粗,减少驱动环路的寄生电感,要不Vg就很容易过冲或者下冲,一般的GaN的Vg最大值也只有6~7V,很容易导致Vg过压损坏。
3,输出的功率回路环路也需要特别注意,由于采用外部采样电阻,所以功率回路会比较长,要注意高频电容的摆放,使得环路最小,减少SW过冲。
4,再有就是需要根据GaN参数配置合适的开关频率,虽然GaN支持高速开关,但是pcb的环路做不好只能减小降频来使用了。再有就是GaN做的比一般MOS管小,散热设计也是非常需要注意的。现在有一些GaN FET支持TOP和BOTTOM都进行散热,这样会是一个不错的思路。
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