芯齐齐推荐基于LMG5200 GaN器件的负载点电源参考设计

作者:芯齐齐发布时间:2022-09-08

该参考设计采用具有电流倍增整流器(current-doubler rectifier)的单级硬开关半桥,这种拓扑结构有效地支持高降压比,同时提供可观的输出电流和可控性,实现了48V向1V的转换,可用作总线处理器、数据通信处理器以及FPGA和ASIC的电源。

芯齐齐BOM表配单服务图1,方案原型

方案特点

方案初级采用LMG5200作为功率级,次级采用EPC2023 GaN FET。由于采用GaN晶体管,消除了转换器的反向恢复效应,极大提高了转换效率。方案支持36V至75V的输入电压以及0.5V至1.5V的输出电压,默认输出电压为1V,输出电流高达50A。

芯齐齐BOM表配单服务图2,方案电路图

方案的输出电压可通过I2C接口进行编程。主要特点包括:

• 采用D-CAP+高性能控制器。

• 输入电压36V至75V。

• 输出电压1V,可通过I2C总线在0.5V to 1.5V范围进行动态配置。

• 输出电压斜率24-48mV/μs,可电阻配置。

• 输出电流高达50A。

• 开关频率600kHz,可通过电阻在400kHz to 1MHz之间设置。

• 输入使能,PGOOD输出。

• 板上10A动态负载,支持10A/μs斜率。

• 可选电阻来配置负载线。

• 输出欠压和过压保护。

• 输出过流保护。

芯齐齐BOM分析

芯齐齐BOM智能工具显示,本方案采用了6种来自TI的半导体器件,元器件总数145个。其中,电路标号U1为一款500mA LDO线性稳压器LP38693,采用5引脚SOT-223无铅封装,输出通过陶瓷电容器进行稳定。

芯齐齐BOM表配单服务图3,方案BOM表

U3(LMG5200)是集成了80V、10A驱动器和GaN半桥功率级方案,包含两个80V GaN FET。对于具有高频、高效操作及小尺寸要求的应用而言,该器件堪称理想的解决方案,因为其反向恢复电荷几乎为零,输入电容CISS也非常小。LMG5200器件采用6mm × 8mm × 2mm封装,可轻松安装在PCB上。

U2(LP2992)为微功耗250mA低噪声超低压降LDO,采用6-pin Pb-Free LLP封装。

U4(TPS53632G)是一款采用D-CAP+架构的半桥PWM控制器,可直接从单级转换中提供快速瞬态响应,最低输出电容和高效率48V总线。TPS53632G采用耐热增强型32引脚VQFN封装,与LMG5200 GaN功率级和驱动器配合使用,能够直接将48V电压转换为负载点电压(0.5-1.5V),可以切换高达1MHz的频率,可实现高达92%的高频率和高效率转换。

U5(LMC555CMM/NOPB)是用于生成准确延时和振荡的低功耗555定时器,采用8-pin小型SOIC封装。

芯齐齐BOM表配单服务图4,方案PCB布线图

U6、U7、U8为单通道高速低侧门极驱动器,工作温度-40C至+140C,逻辑类型TTL,工作电压4.5-18V。


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