GaN DCDC降压模块 ISG3201

一、模块简介

基于LM5148和ISG3201芯片设计的大功率GaN DCDC降压模块

支持宽电压输入

相对小的体积实现高密度功率

 

二、应用场景

• 实验调试供电使用
• 其他负载调试使用

 

三、模块概述

• 此模块为Buck拓扑电源，仅能降压，不能升压，最小输出电压始终小于输入电压
• 无输出接口（需要焊接线材进行连接）
• 此模块只有恒压输出功能

 

四、模块参数

• 最小输入电压：12V
• 最大输入电压：60V
• 最大输出电压：35V
• 最大输出电流：10A
• 最大输出功率：300W
• 固定开关频率：200K-2M可调
• 内置MOS管，同步整流架构
• 模块PCB尺寸66*43mm
• 最高效率可以达到97.6%（实测数据）

 

五、使用说明

• 将12-60V的电源接入模块输入接线端子，输出接线端子可以接入电子负载或其他负载
• 上电之后应使用万用表测试输出电压是否达到设计值，如果没有达到设计值，请勿接入负载
• 输入正负极不能接反，接反可能会损坏模块
• 固定输出电压，如需改变输出电压，需调整FB上下电阻的配比

 

六、注意事项及备注

• 注意事项：长时间工作建议在5A内的电流使用（有散热片但无风扇主动散热的情况）
• 由于是buck降压拓扑，为能够正常工作，需保持一定的电压差（建议大于2V）

 

之前偶然看到英诺赛科出了一款集成了半桥MOS的GaN芯片，而且芯片内部带驱动电路，不需要去搭建外围驱动电路，电路可以更简单

 

芯片内部集成的GaN MOS管内阻只有3.2mΩ，在100V DS电压下算比较低了

 

ISG3201输入PWM信号的要求是不大于5.5V，目前市面上的模拟DCDC控制器电压栅极信号电压一般都高于7.2V，ISG3201无法承受此高压，可能会损坏

后面发现Ti有一款叫LM5148的芯片，输出的PWM信号电压为5V，此电平刚好可以满足ISG3201的要求

需禁用此芯片的自举电路，不焊接自举电容，这样高端驱动PWM引脚发出的信号电平也会是5V

 

焊接好的模块，尺寸66*43mm

 

注意因GaN MOS管的高频，在Layout的时候推荐使用官方的布局，输入电容尽量对称放置，同时距芯片尽量近

不推荐使用2层板

 

嘉立创1元CNC打样的散热片，面积同PCB一样，66*43mm

由于1元CNC不支持攻丝，需要使用一把M3x0.5丝锥自行进行攻丝

 

原理图存在有错误，EXTCOMP引脚接的RC另一端没有接地，需要进行接地处理，否则芯片会工作异常

 

暂定开关频率600KHz，实测是580KHz，LM5148芯片有展频模式，暂时无法关闭

后续有条件换用更小感值的电感可以尝试做到900KHz

按道理来说，半桥芯片，内部2颗MOS管非常靠近，同时开关环路面积也非常小，开关振铃应该很小，但实测有较大振铃，原因不详

 

另外测了一组860KHz频率的波形，同580KHz一样存在有明显振铃

 

引出的测试点进行测量内部GaN MOS管的栅极驱动波形，因极小的Qg，上升沿时间非常短，仅5ns左右，振铃大小可接受

可能因为探头和示波器的带宽有限，实际的上升沿时间也许更快

 

280W输出功率情况下，纹波仅0.2%，算不错

 

动态负载阶跃波形，环路参数使用Datasheet推荐值，1.9%还算可以

 

动态负载阶跃，过冲恢复和跌落恢复的时间也还算比较短

 

模块温度测试情况，10A输出电流情况下，有散热片，风扇主动散热，芯片温度也很快超100°C

PCB的热阻很大，起码有20-30°C，因功率密度过大，如何有效的把GaN芯片的热量传导至散热片变成了很关键的问题