基于LMG3410R070 UCD3138A 和 UCD7138的HV GaN FET的24V/500W谐振转换器参考设计

此参考设计是高频谐振转换器参考设计。使用谐振频率为 500 kHz 的谐振电路，输出电压调节至 24 V，输入电压范围为 380 V 至 400 V。此设计使用 TI 的高压 GaN 器件 LMG3410R070 以及 UCD3138A 和 UCD7138 来优化死区时间和同步整流器 （SR） 导通，从而实现了 97.9% 的峰值效率。

*附件：PMP21309 采用 HV GaN FET 的 24V-500W 谐振转换器参考设计.pdf

特征

• 500kHz 谐振频率
• 390V 至 24V/500W 转换
• 390V 输入时效率为 97.9%
• 功率级 X Y 尺寸 1.9 英寸 x 3 英寸

参数

1. 设计概述

• ‌设计名称‌：PMP21309 24V-500W 谐振转换器参考设计
• ‌核心组件‌：采用TI的HV GaN FET（LMG3410R070）和数字控制器（UCD3138A）
• ‌应用‌：高频谐振转换器，输出电压24V，输入电压范围380V至400V

2. 系统规格

• ‌板卡尺寸‌：2.5” x 4” x 1.4”
• ‌输入特性‌：
  • 最小输入电压：380V DC
  • 额定输入电压：390V DC
  • 最大输入电压：400V DC
• ‌输出特性‌：
  • 输出电压：24V ± 5%
  • 最大输出功率：500W

3. 测试与结果

3.1 效率与开关频率

• ‌测试条件‌：使用12V风扇进行空气冷却
• ‌效率数据‌：
  • 在380V DC输入下，峰值效率达到97.9%
  • 在不同输入电压和负载条件下，效率保持在90%以上

3.2 热图像

• ‌测试条件‌：环境温度25°C，强制气流，输出加载24.5V/21A
• ‌热点分析‌：
  • 变压器核心最高温度：约41°C
  • 输出极板最高温度：约57°C

3.3 启动与关闭

• ‌启动电压波形‌：显示了无负载和24V/21A负载条件下的启动电压
• ‌关闭瞬态‌：显示了21A负载条件下的关闭瞬态电压

3.4 输出纹波电压

• ‌测试条件‌：不同输入电压和负载条件下
• ‌结果‌：输出纹波电压在可接受范围内

3.5 负载响应

• ‌测试条件‌：390V输入，10A至21A负载瞬态
• ‌结果‌：系统快速响应负载变化，输出电压稳定

3.6 同步整流器导通

• ‌测试条件‌：不同输入电压和24V/21A负载条件下
• ‌结果‌：显示了同步整流器Q103的VDS电压波形，验证了其正常导通

4. 设计特点

• ‌高频谐振‌：采用500kHz谐振频率，提高功率密度和效率
• ‌GaN FET技术‌：利用LMG3410R070 GaN FET的低开关损耗和高频率特性
• ‌数字控制‌：UCD3138A提供高精度控制和多种保护功能，优化同步整流器死区时间