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一种基于GaN器件的兆赫兹DC/DC变换器设计

         
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当前中低压输入军用高可靠DC/DC电源模块普遍采用Si基功率开关,典型输入电压28 V、开关频率500 kHz,随着模块电源小型化发展、开关频率不断提升,开关损耗大幅增加,严重影响电源转换效率.软开关技术的应用可以大幅降低高频化带来的开关损耗,然而软开关控制线路结构复杂,在军用高可靠领域中目前尚无可用的高端集成控制器.GaN器件具有极低的栅电荷、输出电容以及零反向恢复电荷特性,在不增加线路复杂度的前提下可有效降低高频应用带来的开关损耗,这一点在消费电子领域AC/DC变换器中取得成功应用.然而在中低压输入军用高可靠电源模块中,随着母线电压大幅降低和开关频率的提升,GaN器件的高速特性能否有效降低开关损耗提升转换效率还有待验证.本文采用单端反激功率拓扑、同步整流技术设计了一款典型输入28 V、输出5V/30W、开关频率1 MHz的原理样机,通过对单元电路损耗的定量分析和测试验证,获得了GaN器件与Si基器件在1 MHz开关频率下的损耗与效率曲线,得出中低压高频条件下,使用GaN器件的转换效率相比Si基器件提升4%,并且功率开关的电压应力控制在合理范围内.对于军用高可靠领域中低压输入DC/DC变换器小型化、高频化发展具有重要意义.

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