电动汽车DC-DC参考设计板

EPC 与 MPS 合作，宣布推出 EPC9165，这是一款 2 kW、两相 48 V-14 V 双向转换器，可在小尺寸内以 97% 的峰值效率运行。该解决方案适用于高密度、高功率的 48V 电池组，例如电动汽车市场中使用的电池组。 根据EPC，该系统是可扩展的；4 kW 可并联两个变流器，6 kW 可并联三个变流器；或者对于 1 kW，只能使用一相。新闻稿中报告的此应用中的输出电压为 14 伏。然而，该架构可以更改以支持 12 至 36 伏的宽输入范围，因为它是具有稳压输出的硬开关拓扑。兼容的控制器模块 （EPC9528） 包括 Microchip dsPIC33CK256MP503 16 位数字控制器。大多数模拟控制与 GaN FET 不兼容，需要额外的电路来匹配栅极驱动器的行为。数字解决方案提供了一种简单而有效的方法来实现高级电源和温度保护功能。此外，数字控制，如 dSPIC33CK，

EPC 战略营销副总裁 Cecilia Contenti 表示，48V - 12 V 双向转换器或降压或升压在电动汽车、微型电动汽车、功率为 2-2.5 kW 的轻型移动应用和轻度混合动力汽车中很常见。功率高达 4 kW。“一个例子是“城市汽车”，它的功率为 2 kW。与限制为 100 kHz 的 Si MOSFET 解决方案相比，GaN 解决方案可以在 500 kHz 下工作，同时允许每相更高的功率（由于在相同的电感器外形尺寸下电感值更小，电流更高）。总体而言，该解决方案体积更小、重量更轻 58%，效率为 》 97% 峰值，而 Si MOSFET（使用相同类型的电感器）为 95%，并且由于 GaN 出色的散热和效率，无需水冷需要，”Contenti 指出。

板卡特性

EPC9165 参考设计板由采用 EPC 最新一代 100 V GaN 技术的 QFN 封装 EPC2302 GaN FET 组成。该器件可提供大约 101 A 的连续电流和 408 A 的脉冲电流。该封装在散热器处提供 0.2 degC/W 的热阻，典型的 RDS（on） 为 1.4 mOhm，典型的 QG 为 23 nC。

热管理对于确保适当和一致的操作至关重要。即使安装了散热器，该模块也需要足够的冷却才能在整个指定的输出电流范围内运行。根据 EPC，安装散热器是必要的，以将产生的热量充分散发到环境中。如指南中所示，Wakefield 567-94AB 散热器可以安装板上 1 毫米高的 SMD 螺纹 （M2） 垫片，在 FET 和散热器之间留出 0.3 毫米的间隙。导热系数高。厚度为 0.5 mm 的 T-Global A1780 TIM 可提供跨越 0.3 mm 间隙的强导热性。预装的散热器和 TIM 材料（图 5）将为测试提供适当的冷却（图 2）。

图 1：电路板的顶视图和底视图

EPC9165 参考设计还包括专为与 GaN FET 一起使用而开发的新型 MPS MPQ1918 100V 半桥驱动器。MPQ1918 采用 3x3mm FCQFN 封装，峰值电流为 1.6A，下拉/上拉电阻为 0.2Ω/1.2Ω，可实现大功率 FET。

图 2：显示 TIM 和散热器安装

图 3：EPC9165 板的功能框图概述

为了优化性能，应该有针对GaN 器件优化的驱动器，许多公司都在提供 GaN 优化驱动器。“优化包括：5V 栅极驱动电压、高压侧自举电压“钳位”以避免自举电容过度充电至大于 6V、相位节点 PIN 能够承受约 -3V 的负电压、欠压锁定设置为 3.6V 以禁用和 4.0 V 表示启用，开关节点的高 dv/dt 能力：》 100 V/ns 典型值，可能需要高达 200 V/ns；理想情况下，死区时间管理小于 10 ns，”Contenti 说。此外，据 EPC 称，采用 MPS 100 V 栅极驱动器不仅可以提高功率密度，还可以简化电动汽车等关键环境中的设计。

EPC9165 包括 5 V 和 3.3 V 的逻辑电源。它还通过边缘连接器为控制器卡供电。输出电感电流和输入电流均使用 0.2 mΩ 感应电阻器和 50 V/V 放大器测量。因此，电流检测增益为 0.01 V/A。输入和输出电压使用电阻分压器网络（100 k 和 5.36 k）测量，增益为 0.05087。

“在主滤波电感和低压端子之间放置了一个分流器。由于电流大，因此使用了仅 200 µΩ 的极低电阻，从而在不影响信噪比的情况下保持尽可能低的损耗。分流电压使用高共模电压 （65V） 分流放大器进行放大，从而使组件数量减少，占用面积最小，并为转换器提供足够的带宽。由于开关频率高，分流器的电感成为设计中的一个重要因素，尤其是电流返回路径。对布局中的这种电感进行了额外的注意，并通过使用无源集成技术以与 DCR 电流感应技术类似的方式消除该电感来进一步补偿它。

审核编辑：郭婷