基于ST EVL250WMG1L演示板的LLC谐振变换器技术解析

STMicroelectronics EVL250WMG1L演示板是一款谐振LLC转换器，专门用于基于MasterGaN1L的任何需要最小尺寸和高效率的工业应用。在同一封装中嵌入几个GaN MOSFET和一个驱动器，可直接连接任何SMPS控制器。得益于GaN technology™和嵌入式驱动器，该转换器的设计工作频率高于使用传统MOSFET的频率。该板在一次侧没有散热器，尺寸显著减小；功率密度为34W/in^3^ 。该板具有高效率和小尺寸，因此适合用于空间受限的应用。输出功率高达250WA（24VDC 时）。转换器具有过流、短路和过压保护特性。输入电压监控允许以级联转换器的正确排序启动，从而防止在过低输入电压下工作。STMicroelectronics EVL250WMG1L包括一个带变压器和一次侧控制器的主板以及两个小型子板：一个子板位于一次侧，嵌入在MasterGaN1L中。相比之下，另一个子板位于二次侧，有SR控制器SRK2001A和MOSFET。

数据手册：*附件：STMicroelectronics EVL250WMG1L演示板数据手册.pdf

特性

• 采用MasterGaN1L进行直流/直流转换的高效率、紧凑型解决方案
• 24 V 输出电压
• 输出功率高达250W
• 标称输入电压：400V+/-10%
• 效率：>92%
• 输出短路和过流保护
• 输入电压监控器，用于正确排序为D2D转换器和掉电保护
• 板尺寸为80mm x 50mm（宽x高），最大元件高度为30mm
• 符合WEEE标准和RoHS指令

框图

基于ST EVL250WMG1L演示板的LLC谐振变换器技术解析‌

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‌一、核心器件与拓扑架构‌

STMicroelectronics的EVL250WMG1L演示板是一款采用‌GaN技术‌的谐振LLC变换器，其设计亮点在于：

• ‌主控芯片‌：集成L6599A控制器与MasterGaN1L功率模块（内置两个GaN MOSFET和驱动电路），实现高频开关（>100kHz）与无散热片设计
• ‌拓扑结构‌：LLC谐振网络通过变压器实现软开关，配合次级同步整流控制器SRK2001A，整机效率峰值达‌ 94.9% ‌（75%负载时）
• ‌紧凑设计‌：80mm×50mm的PCB面积上实现34W/inch³功率密度，最大元件高度仅30mm

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‌二、关键性能参数与测试数据‌

根据手册中的效率测试表（Table 1），该方案在工业级宽输入电压范围（400V±10%）下表现优异：

负载条件	100%	75%	50%	25%	空载
效率	94.63%	94.90%	94.60%	93.35%	361mW功耗

图2效率曲线显示其负载调整率<1.5%，特别适合工业电源的动态负载场景

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‌三、保护机制与系统集成‌

1. ‌多重保护‌
   • 输入电压监控实现‌顺序启动‌与欠压锁定（Brown-out protection）
   • 输出端集成过流、短路、过压保护电路
2. ‌模块化架构‌
   • 主板含变压器和初级控制电路
   • 子板分立设计：MasterGaN1L模块（初级侧）与SRK2001A同步整流模块（次级侧）

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‌四、典型应用场景‌

• ‌工业D2D电源‌：支持级联设计，适用于伺服驱动器、PLC供电
• ‌高密度适配器‌：GaN高频特性可取代传统硅基方案，缩小体积30%以上
• ‌消费类SMPS‌：满足家电/IT设备对高效率（>92%）和低待机功耗（<0.5W）的需求

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‌五、设计启示‌

该方案展示了GaN器件在高压大功率场景的优势：

1. ‌高频化潜力‌：MasterGaN1L的快速开关特性可提升功率密度
2. ‌系统级优化‌：通过谐振拓扑与同步整流的协同设计，突破传统效率瓶颈
3. ‌可靠性设计‌：输入监测与保护电路的集成简化了工业电源的认证流程