Концепция «PoL-converter»

1.

2.

Разработать концепцию и провести основные расчёты PoLпреобразователя с шиной PMBus и с максимальной выходной
мощностью 55 Вт.
Входное напряжение 12 В (9-18 В)
Выходное напряжение 3,3 В
Максимальный выходной ток 16,7 А
Частота преобразования 2 МГц
Контроллер TPS40400 Texas Instruments
Драйвер LMG1210 Texas Instruments
Силовые ключи Half-Bridge сборка GaN-FETs
Дроссель XAR7030-161ME Coilcraft

3.

В преобразователе был выбран
полумостовой транзистор EPC2100.
GAN(нитрид-галлиевый)
Значения
Параметры
Верхний
транзистор Q1
Нижний
транзистор Q2
Vds (напряжение стока-истока)
30 В
30 В
Id (непрерывный ток стока)
10 А
40А
6В
6В
TJ_MAX (макс. рабочая температура)
+150 °C
+150 °C
Rds(on) (сопротивление открытого
транзистора)
8,2 мОм
2,1 мОм
4,9 нФ
19нФ
Vgs (напряжение затвор-исток)
Qg (емкость затвора)

4.

5.

6.

Вид снизу
Вид сверху

7.

TOP
INT2
INT1
BOT

8.

При установке PoL-converter на печатную плату, необходимо разместить
входной конденсатор Cin емкостью не менее 100мкФ (25В), и выходной конденсатор Cout
емкостью 100мкФ (6.3В).

9.

В
программе
LTspice
промоделирован
выходной
каскада
понижающего
преобразователя. Для полумостовой сборки EPC2100 использовалась spice-модель,
скаченная с сайта производителя.

10.

Uin = 9В, Iout = 16.7А
Uin = 12В, Iout = 16.7А
Таблица 2 – Параметры моделируемых сигналов
U IN
9В
12 В
18 В
18 В
T ON(Q1)
189,5 нс
141 нс
92,4 нс
83 нс
D
37,9
28,2
18,5
16,6
%
%
%
%
∆IR IPPLE
6,5
7,5
8,5
4,2
А
А
А
А
IOUT
16,7 А
16,7 А
16,7 А
0,1 А
U OUT
3,3
3,3
3,3
3,3
В
В
В
В
IP EAK_Q
55
60
74
34
А
А
А
А
Таблица 3 – Параметры рассчитанных сигналов
U IN
9В
12 В
18 В
T ON( Q1)
183,3 нс
137,5 нс
91,67 нс
D
36,7 %
27,5 %
18,3 %
Uin = 18В, Iout = 16.7А

11.

12.

13.

Таблица 4 – Результаты расчетов транзисторов
Транзистор Q1
Мощность,
Вт
Транзистор Q2
Pds
Psw
Pgate
Pcoss
Pq1
Pds
Pdiod
Pgate
Psw
Pout
P_q2
P_all
0.42
0.29
0.05
0.19
0.94
0.42
0.03
0.19
0
0
0.97
1.91
Таблица 5 – Результаты моделирования LTspice
Мощность, Вт
Мощность, Вт
Pc_in_rms
0.001
Pc_in_rms
0.11
Pc_out_rms
0.007
P_l_rms
0.393
P_q1
1.59
Таблица 6 – Результаты расчетов
Pc_out_rms
0.02
P_l_rms
0.93
P_q1
0.94
P_q2
1.33
P_all
3.3
P_q2
0.97
P_all
3.16
Таблица 7 – КПД при различном входном напряжении
КПД
Uin=9 В
92.93%
Uin=12 В
93.05%
Uin=18 В
92.98%