LTC7891的GaN 400W电源模块

 

 

本次与大家分享的是世健和ADI联合举办的《在ADI电源产品的花园里“挖呀挖”》主题活动的一等奖文章：《LTC7891的GaN 400W电源模块》及作者获奖感言。

 

获奖感言

 

LTC7891的GaN 400W电源模块

 

 

非常感谢世纪电源网与世健组织的这次ADI产品应用与技术分享活动。在本次中得到一等奖在惊喜之余又感觉特别幸运。

在本次分享的活动中，我结合了自己第一次做GaN电源过程中遇到的一些问题和心得进行分享，希望大家能参与进来，互相交流和探讨，共同进步，再次感谢世健和ADI，以后将会持续关注。

 

作者：feiyangziwo
 

所在行业：消费类电源

应用领域：机器人

应用案例名称：GaN的400W电源模块

ADI电源产品类型：开关稳压器

ADI电源产品型号：LTC7891

前言

各位工程师们，大家好。本次给大家分享的产品是ADI专门给GaN设计的LTC7891控制器。

LTC7891是一款高性能、降压DC/DC开关稳压器控制器，通过高达100 V的输入电压驱动所有N通道同步氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)功率级。作为此产品的控制核心配合GaN EFT的 EPC2306的BUCK降压的模块，具有宽压输入、高功率密度、体积小等特点。

现在市面上的电源模块尺寸都比较大，成熟的隔离型400W电源模块的尺寸多为1/4砖甚者更大，对于需要大功率电源模块供电但对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，成品在售的非隔离型的400W模块市场上更加少了。

GaN FET 它有着它独特在高频上和高功率密度的优势，可以通过提高电源开关频率从而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。本次介绍产品的输入电压为：DC 36~75V，输出电压为：12V@33A。尺寸是：1/8砖，主控IC为：LTC7891。

 

01

原理图和PCB设计

接下来我们看一下本次电源产品的原理图：

 

再来看一下产品模块和测试板的尺寸和布局示意图：

 

接着是PCB制版图。

以及物料BOM。

 

 

02

调试测试

这是板子回来焊接好的样子，看着还不错。但是板子在调试中拉满载的时候还是发现了一些问题：

在重载的时候SW过冲有点严重，而且已经接近MOS的上限了，发热也有点严重。大家可以看一下SW位置的测试图：

波形展开细节，有多次过冲和震荡。可以考虑用RC吸收电路来消除过冲。

接下来我测量了震荡的频率，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，但是还是属于可以接受的范围内了。

 

03

经验总结

接下我将为大家来总结一下通过本次实验过程遇到的问题以及产品的特点，以及分享一些经验技巧：

1.ADI的LTC7891栅极驱动电压可精确调节4V至5.5V，以优化性能，来实现不同GaN FET甚至低逻辑电平的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，感觉这样会是一个不错的思路。

本次分享到此结束，感谢大家的阅读。