Повышение КПД: DC/DC-преобразователи 48…12 В, 60 А на многофазном понижающем преобразователе EPC9130

Модуль EPC9130, выполненный в виде неизолированного полностью регулируемого пятифазного синхронного понижающего преобразователя, обеспечивает плотность мощности приблизительно 1000 Вт/дюйм3 и максимальную эффективность 96,2%, а также способен выдавать мощность до 720 Вт (60 А)
1612
В избранное

Однофазный понижающий преобразователь может эффективно работать при выходных токах до 25 А, но при более высоких токах КПД мощности значительно снижается. Компактный, экономичный, мощный и высокоэффективный понижающий преобразователь 48…12 В, подходящий для мощных вычислительных и телекоммуникационных приложений, может быть создан в многофазной топологии с использованием таких полевых транзисторов eGaN®, как EPC2045. Модуль EPC9130, выполненный в виде неизолированного полностью регулируемого пятифазного синхронного понижающего преобразователя, обеспечивает плотность мощности приблизительно 1000 Вт/дюйм3 и максимальную эффективность 96,2%, а также способен выдавать мощность до 720 Вт (60 А).

EPC9130 - пятифазный промежуточный шинный преобразователь 48…12 В

Плата разработки EPC9130 имеет следующие особенности: частоту коммутации 500 кГц, номинальное входное напряжение 48 В, максимальный выходной ток 60 А, пятифазный преобразователь промежуточной шины (IBC) со встроенным микроконтроллером и драйверами затвора, полевой транзистор (FET) EPC2045, выдающий 100 В в режиме усиления. Целью этой платы разработки является создание регулируемого источника питания 12 В для мощных и высокопроизводительных приложений с демонстрацией превосходной производительности eGaN® FET EPC2045. Блок-схема приведена на рисунке 1.

Блок-схема EPC9130 содержит пять силовых модулей EPC9205

Рис. 1. Блок-схема платы разработки EPC9130

Плата разработки EPC9130 имеет пять фаз из двух полевых транзисторов EPC2045 eGaN в полумостовой конфигурации с драйвером затвора uPI Semiconductor UP1966A и шунтирующими конденсаторами. Один однофазный каскад питания показан на рисунке 2.

Однофазный силовой каскад

Рис. 2. Однофазный силовой каскад

ШИМ-сигналы поступают на драйверы затвора от встроенного микроконтроллера dsPIC33 производства компании Microchip®. Выходное напряжение регулируется в диапазоне до 12 В. Основное управление выходным напряжением осуществляется с помощью микроконтроллера. Реализованы распределение тока между фазами, блокировка низкого напряжения, а также защита от перегрузки по току, перенапряжения и перегрева. Чтобы обеспечить более гибкую работу данной платы, для нее реализованы только разделение по току и блокировка пониженного напряжения.

Экспериментальная проверка производительности EPC9130 

Распределение потерь модуля EPC9130, работающего при выходном токе 50 А, показано на рисунке 3 а. Максимальная температура полевого транзистора, как показано на рисунке 3 б, составляет 86,1°С при потоке воздуха 400 фут3/мин при 50 А.

Распределение потерь и тепловые характеристики EPC9130 при выходном токе 50 A

Рис. 3. Распределение потерь и тепловые характеристики EPC9130 при выходном токе 50 A

На рисунке 4 показан график КПД при нагрузке до 60 А и работе на частоте 500 кГц, где максимальный КПД на нагрузке 40 А составляет 96,2%.

КПД DC/DC-преобразователя 48/12 В с частотой коммутаций 500 кГц на базе EPC9130

Рис. 4. КПД EPC9130

Заключение

Перенос схемы мощного промежуточного шинного преобразователя 48…12 В с кремниевых МОП-транзисторов на полевые транзисторы eGaN обеспечивает уменьшение как размера, так и стоимости изделия при сохранении или даже повышении целевых показателей КПД. В таблице 1 приведен сводный список материалов, общая стоимость которых составляет менее $0,04 за 1 ватт.

Таблица 1. Список материалов для EPC9130

5-фазный понижающий преобразователь 48…–12 В, 60 А

Компонент

Количество

Наименование

eGaN FET

10

EPC2045

Катушка индуктивности, 3,3 µH

5

IHLP5050EZER3R3M01

Входной конденсатор 1 мкФ, 100В

20

C2012X7S2A105M125AB

Выходной конденсатор 22 мкФ, 25 В

20

C2012X5R1E226M125AC

Объемный конденсатор 180 мкФ, 16 В

3

16SVPF180M

Драйвер затвора

5

uP1966A

Контроллер

1

DSPIC33EP128GS704-E/ML

Всего

 

Менее $ 0,04 за Ватт

EPC9130 включает в себя сигнальный контроллер dsPIC33EP128GS704 производства Microchip, который может генерировать пять комплементарных пар сигналов ШИМ.

Таким образом, мы пришли к выводу, что промежуточный шинный преобразователь на основе eGaN FET 48…12 В, 60 А дает пиковый КПД 96,2% при плотности мощности 1000 Вт/дюйм3, причем его стоимость составляет менее $0,04 на ватт. Перечень материалов к данной разработке можно использовать для выходных напряжений до 5 В.

Производитель: Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
EPC2045ENGRTR
EPC2045ENGRTR
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2286525 ИНФО PDF RD DT
488,30
Поиск
предложений
Силовой ключ с рейтингом напряжения 100 В и сопротивлением канала 7 мОм
EPC2045ENGRTR 488,30
-
Поиск
предложений
EPC9130
EPC9130
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 3086924 ИНФО AN
Поиск
предложений
Оценочная плата EPC9130 позволяет работать с выходным током до 50 А и мощностью до 700 Вт.
EPC9130
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()