JAJU911 November   2023

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   リソース
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計上の考慮事項 [必須トピック]
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1 LMG3624
  9. 3システム設計理論
    1. 3.1 疑似共振動作
    2. 3.2 変圧器の設計
    3. 3.3 GaN FET スイッチング デバイス
    4. 3.4 電流センス エミュレーション抵抗
  10. 4ハードウェア、テスト要件、およびテスト結果
    1. 4.1 必要なハードウェア
      1. 4.1.1 ハードウェア
      2. 4.1.2 テスト装置
    2. 4.2 テスト設定
    3. 4.3 テスト結果
      1. 4.3.1 効率性の成果
      2. 4.3.2 熱の成果
      3. 4.3.3 スイッチング波形
      4. 4.3.4 スイッチング過渡
  11. 5設計とドキュメントのサポート
    1. 5.1 設計ファイル
      1. 5.1.1 回路図
      2. 5.1.2 BOM
    2. 5.2 ツールとソフトウェア
    3. 5.3 ドキュメントのサポート [必須トピック]
    4. 5.4 サポート・リソース
    5. 5.5 商標
  12. 6著者について

3.3 GaN FET スイッチング デバイス

疑似共振コンバータは、高いスイッチング周波数でトランスのサイズを最小化するように設計されているため、スイッチング デバイスは大きな電力損失低下の影響を受けることなく、高周波動作をサポートできる必要があります。

スイッチング デバイスに選択する際に考慮する必要のある損失には、周波数に依存する スイッチング損失と、電流に依存する導通損失の 2 種類があります。

疑似共振フライバック アプリケーションでは、スイッチング損失の主な要因は式 12 を使用して説明しているように、ターンオン時の蓄積エネルギー損失に起因する可能性があります。

式 12. P L O S S 、 T U R N - O N - E N E R G Y = = 1 2 C D × V V A L L E Y 2 × f S W

この場合、CD 項はスイッチング デバイスの出力容量に大きく依存します。LMG3624 の内蔵 GaN FET は、このスイッチング損失を最適化するために選択されます。これは、実効出力容量 COSS が、同様のオン抵抗を持つ対応するシリコン FET よりも大幅に低いことを考慮しています。

GUID-20221210-SS0I-LNWW-ZPMV-HLVZ4GCRFLGB-low.svg図 3-3 LMG3624 の COSS と VDS 特性との関係

図 3-3 に、LMG3624 デバイスの COSS と VDS の特性を示します。

400V から 0V に切り替える場合、デバイスの実効エネルギー関連の出力容量 CO,ER はわずか 29pF です。 式 12 を使用し、fSW= 150kHz を仮定すると、CO,ER のこの値により、ターンオンの蓄積エネルギー損失は 348mW、システム効率の約 0.53% に相当します。実際には、バレー スイッチング動作によりこの設計は 400V 未満でスイッチングしているため、消費電力を大幅に削減できます。

導通損失部品は、式 13 で計算できます。

式 13. P C O N D U C T I O N = I R M S 2 × R D S ( o n )

ここで、

  • IRMS は GaN デバイスを流れる RMS 電流です (1.2A)
  • RDS(on) はオン抵抗 (170mΩ) です

この 65W アプリケーションでは、90VAC 入力時のワーストケースの導通損失は 261mW となり、システム効率の 0.40% に相当します

スイッチング損失と導通損失の主要部品を考慮すると、GaN デバイスの寄与率はシステム全体の損失の 0.9% 未満であり、シンプルな熱設計と高いシステム効率を実現できます。