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采用氮化镓场效应晶体管的包络跟踪电源支持20MHz LTE带宽

来源:    作者:    发布时间:2016-07-05 06:34:43    浏览量:

图1:使用四阶输出滤波器的四相同步降压转换器的方框图。

具有低损耗并且高速的栅极驱动器

设计支持在高频开关的栅极驱动器极具挑战性,尤其是对半桥配置中的高侧场效应晶体管来说。专为较大电流、较低频率的应用而设计的传统自举半桥栅极驱动器(例如LM5113[4])通常都具有很大的损耗,这是因为自举二极管的反向恢复电荷所引致。这样会限制了最高的开关频率。为了达到25 MHz开关频率并同时保持高效率,我们采用了同步场效应晶体管自举电源[5]。

我们在[4]介绍一种在高频率下使用LM5113驱动器的方法,并通过合适的电路来停用其内部自举二极管。可是,在这种应用中还使用了另外一种不同的方法,这种方法并没有使用LM5113驱动器,而是使用了数字隔离器(ISO721MD)[6]和超高速逻辑(SN74LVC2G14) [7],如图2所示。为了把寄生和相关的损耗减至最小,我们选用具有最小电气和物理占板面积的氮化镓场效应晶体管EPC2038作为同步自举场效应晶体管(QBTST)。低侧场效应晶体管驱动器包含与高侧相同的组件以具备匹配的传播延迟特性。

图2:针对系统转换器的单个相位并采用同步FET自举电源的栅极驱动电路的原理图。

测量静态效率

我们在不同的稳态工作电压对包络跟踪电源进行评估。图3显示了在占空比范围(输出电压)内测量所得的功率级效率,以及包括栅极驱动器损耗在内的总效率。在大约D=0.5或15 V输出电压时的功率级峰值效率和总峰值效率分别大于94%和93%。由于氮化镓场效应晶体管(eGaN FET)没有安装散热器而使得散热受限,因此我们没有对高于17 V的不同输出电压测量其静态效率。

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