硅功率MOSFET在电源转换领域的应用
来源： 作者： 发布时间：2015-01-28 13:16:45 浏览量：
图3：100V和200V的基准硅功率MOSFET和GaN的RQ乘积比较。
DC/DC转换器
能够快速开关并且没有太多功率损失意味着用户在电源转换电路中可以采用更小的脉冲宽度。需要这种能力的一种重要新兴应用是非隔离型DC/DC转换器。硅功率MOSFET的基本极限性能限制一体成型电感器了单级非隔离型降压转换器的指标，其实际的输入电压与输出电压之比最大值只能达到10:1。除了这个比值外，降压电路顶端晶体管要求的短脉宽也将导致不可接受的高开关损耗和由此引起的低转换效率。GaN晶体管完全打破了这一性能框架，如图4和图5所示。
图4：不同输入电压下降压转换器效率与电流的关系。这种转换器中的顶部和底部晶体管用的都是单路100V EPC1001。对于硅器件来说，输入输出电压比超过10:1通常被认为是不可能实现的。
图5a：在降压拓扑中使用EPC1001晶体管实现的300kHz 48V至1V转换波形。
图5b：开关频率为1.5MHz的48V至1V转换波形。
图5c：48V至0.5V转换波形。
GaN除了能增加VIN/高频电感器设计VOUT比值范围外，还能显著降低降压转换器在任何VIN/VOUT比值时的开关损耗。比较12V至1V转换器差模电感就可以发现这种性能的显著改善，见图6。
图6：对三种流行的负载点转换器和采用EPC1014/EPC1015 GaN晶体管开发的转换器在VIN=12V和VOUT=1V、电流为5A和开关频率为600kHz时的功率损失比较。
随着新的GaN晶体管快速涵盖当前功率MOSFET和IGBT的电流和电压范围，AC/DC转换、同步整流和功率因素校正都将能实现明显的性能提高。
D类音频放大器
D类音频放大器经常面临着成本、体积和声音失真之间的折衷考虑。影响失真的最大因素是死区时间和输出滤波器的相移。
D类音频放大器有三种根据死区时间改变输出脉宽的独特操作模式。正向电感电流模式是基于高侧开关进行整流，反向电感电流模式是基于低侧开关进行整流，而双向电流则基于每个开关进行整流。这些模式将死区时间分别设置在上升沿、下降沿或既不是上升沿也不是下降沿的地方。死区时间长短决定了与这种现象有关的失真度。有限开关速度和体二极管前向电压将进一步增强这一效应。增强型GaN晶体管具有非常低的栅极电荷，因此具有非常短的延时和非常快的开关速度。高精度的开关允许更好地控制开关情况，进一步缩短死区时间，从而实现更低的失真。
输出滤波器的尺寸和反馈增益由开关频率决定。在低开关频率时，必须使用大的滤波电容和电感，以便从想大电流电感要的信号中消除载波频率。大值的滤波元件不仅增加了放大器的成本和尺寸，还会造成相移，从而降低系统的稳定性，限制用于补偿许多元件失真的反馈增益，最终影响系统的保真度。采用传统硅MOSFET时开关频率非常有限，因为功耗会由于高开关损耗而迅速上升。
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