對降低電源的需求不斷增長，這不斷挑戰(zhàn)該行業(yè)，以產(chǎn)生越來越高的效率和電力密度。由于硅設(shè)備達(dá)到其頻率極限（<100 kHz），改善基于硅電源的性能的能力已減慢，這阻止了電路拓?fù)浜痛判栽O(shè)計的進(jìn)一步優(yōu)化。新興的GAN寬帶設(shè)備已使QG門充電15倍，QOSS輸出電荷降低16倍和更高的開關(guān)速度，從而實現(xiàn)了顯著的增量效率和尺寸提高。 Gansense Power IC使這些設(shè)備能夠終退出實驗室，并通過集成可靠和強(qiáng)大設(shè)計所需的所有缺少成分來輸入現(xiàn)實世界中的快速充電器和適配器。其中包括集成的柵極驅(qū)動，調(diào)節(jié)的柵極電壓，無損耗的電流感應(yīng)以及甘塞斯功率ICS和甘森斯半橋IC的保護(hù)特征（圖1）。這些產(chǎn)品可實現(xiàn)新的電路拓?fù)?，該行業(yè)正在利用它們以更小，更高效的設(shè)計來進(jìn)步。

　　圖1。GansensePower  IC和Gansense Half-Bridge IC簡化的框圖和關(guān)鍵特征。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　Gansense提高PFC頻率和效率

　　功率因數(shù)校正（PFC）是超過75 W的輸出功率所必需的。由于其簡單性，低諧波電流和低成本，傳統(tǒng)的增強(qiáng)PFC轉(zhuǎn)換器已主導(dǎo)。許多現(xiàn)成的PFC控制器提供多模式CRM或DCM操作，以提高系統(tǒng)效率和線路諧波。 Gansense功率IC通過增加開關(guān)頻率來降低電感器的大小并提高效率以減少損失和熱量（圖2）來改善此拓?fù)洌▓D2）。與硅FET相比，由于較低的輸出電荷和柵極電荷，集成的GAN FET可以輕松增加頻率。為了提高效率，Gansense Power IC集成了一種無損耗的電流傳感方法，該方法消除了外部RCS電流感應(yīng)電阻及其相關(guān)的熱點和足跡。

　　圖2。 基于SI的Boost PFC（左）與無損失的Gansense Boost PFC（右）。圖像由Bodo的Power Systems提供

　　可以添加Boost-Allostroter功能以進(jìn)一步提高效率，以便在低線交流輸入期間，直流總線以較低的電壓運行。這給出了較低的峰值水平，較低的負(fù)電流和循環(huán)能量以及較低的損失（圖3）。所有這些改進(jìn)共同提供了額外的 +0.3％的效率益處。

　　圖3。 在滿載和不同的DC-BUS電壓水平，90 VAC/400 V（左）和90 VAC/260 V（右）時，在AC半周期內(nèi)的峰值峰值電流升高。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　gansense啟用AHB和AHB啟用PD 3.1

　　準(zhǔn)響起的反式反式飛回劑是下游轉(zhuǎn)換器的流行拓?fù)?，由于其寬的電壓增益能力。但是，隨著功率水平的增加以上，變壓器泄漏能量顯著增加。隨著泄漏能量的增加，主開關(guān)和次級SR開關(guān)的電壓應(yīng)力也增加，包括更高的電壓尖峰和EMI噪聲。此外，USB電源傳遞規(guī)范修訂版3.1使得更高的輸出電壓級別，例如28 V至48 V，這使得Flyback Transformer轉(zhuǎn)動比率更難設(shè)計。初級和次級的電壓應(yīng)力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的20 V輸出條件。不對稱的半橋反射轉(zhuǎn)換器可使用次級整流器的主要側(cè)開關(guān)的零壓開關(guān)（ZV）和零電流開關(guān)（ZCS）運行。此外，主開關(guān)通常在PFC輸出電壓下夾住，通常在400 V左右，因此應(yīng)力和電壓振鈴問題明顯緩解。由于這些原因，AHB拓?fù)涫荘D 3.1應(yīng)用的選擇，而Gansense Half-bridge ICS可以實現(xiàn)針對小型變壓器尺寸的高頻操作，而無損耗的電流感應(yīng)可提高效率（圖4）。

　　圖4。 基于SI的QR Flyback（左）與無損失的Gansense AHB反擊（右）。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　140 W，PD 3.1評估板

　　完整的PFC+AHB 140 W，PD 3.1評估板（EVB）（圖5）已建立并測試了功能和性能。該設(shè)計實現(xiàn)了令人印象深刻的100 cc估計的外殼尺寸，其功率密度為1.4 w/cc。 EVB包括優(yōu)化的PFC，AHB和SR功率階段以及磁性，并使用現(xiàn)成的控制器。 PFC和AHB動力列車圍繞NV6138A甘塞斯電力IC和NV6245C Gansense Half-Bridge IC設(shè)計。 EVB還包括EMI濾波，并通過進(jìn)行和輻射的排放。

　　圖5。140W  ，PD 3.1評估板，效率= 94.5％，估計的外殼尺寸= 100 cc。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供

　　全載增強(qiáng)PFC波形如圖6所示。在115個VAC線輸入期間，增強(qiáng)電路以零電壓開關(guān)（ZVS）條件運行，在每個開關(guān)周期中，在GAN POWER上旋轉(zhuǎn)到GAN POWER FET之前，增強(qiáng)切換的節(jié)點電壓（VSW）將其驅(qū)動到零。在230 VAC線輸入期間，增強(qiáng)電路在部分ZVS條件下運行，其中VSW降低至大約100 V，然后從那里降至零?？刂破鲿詣訖z測到禁止時間的VSW節(jié)點的山谷，以便再次打開每個切換周期，以優(yōu)化電壓水平的轉(zhuǎn)交點，以地減少硬轉(zhuǎn)換損耗。由于GAN功率IC具有非常低的輸出電容，因此每個循環(huán)的排水電壓將迅速降至山谷。控制器必須具有快速的山谷檢測，以確保在VSW電壓向后響起之前的點發(fā)生轉(zhuǎn)機(jī)。還可以看到，在低線條件下，在300 VDC下以300 VDC的降低，在高線條件下以400 VDC的速度下降。

　　圖6。 在全載荷條件下提升PFC開關(guān)波形，115 VAC輸入（左），230 VAC輸入（右），IL =藍(lán)色（1 A/DIV），VDS =黃色（100 V/DIV）。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供

　　AHB半橋開關(guān)節(jié)點（VSW）和儲罐電流（IL）波形在115 VAC輸入和完整的負(fù)載條件中顯示在圖7中。諧振儲罐電流在每個半橋時都在較低的半橋時線性升高，然后在每個半橋高側(cè)時在每次半橋時產(chǎn)生共鳴。這導(dǎo)致在每個開關(guān)周期內(nèi)，在甘塞斯半橋IC IC VSW輸出節(jié)點上進(jìn)行干凈，平滑的ZVS操作。 AHB工作頻率范圍為125至300 kHz，具體取決于輸入線和輸出負(fù)載條件。

　　圖7。 在115 VAC輸入和滿載條件下，AHB切換波形，IL =藍(lán)色（2 A/p），VSW =黃色（100 v/p）。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　效率曲線（圖8）顯示4點和負(fù)載效率。該設(shè)計在90 VAC輸入下達(dá)到了驚人的94.5％的全負(fù)載效率，比的產(chǎn)品至少高1％，代表節(jié)省20％的能源。 90 VAC和滿載的效率是確定終適配器產(chǎn)品的外殼尺寸和結(jié)果觸摸溫度的效率。

　　圖8。4 點效率（左）和負(fù)載效率（右）曲線。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供

　　，進(jìn)行和輻射的EMI始終是電源設(shè)計的主要關(guān)注點。由于更快的開關(guān)速度和頻率，帶有GAN的新設(shè)計對EMI的挑戰(zhàn)持續(xù)質(zhì)疑。設(shè)計師通常不會在設(shè)計接近完成階段之前無法應(yīng)對其設(shè)計部分，只是為了感到驚訝，并得知排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了允許的限制。對該設(shè)計的EMI掃描（圖9）表明，進(jìn)行的EMI和輻射的EMI都遠(yuǎn)低于限制，并有足夠的余量用于制造公差?？梢酝ㄟ^在設(shè)計階段盡早實施適當(dāng)?shù)腅MI指南，并包括PCB接地平面，電感器屏蔽，正確設(shè)計的EMI濾波器組件，正確的PCB地板計劃以及組件位置以及接近度等良好實踐來實現(xiàn)這些結(jié)果。

　　圖9。 在115 VAC/140 W（左）進(jìn)行排放，并在230 VAC/140 W（右）進(jìn)行輻射。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　高密度設(shè)計摘要
　　隨著行業(yè)進(jìn)行更高密度的設(shè)計，Gansense Power IC和Gansense Half-Bridge ICS導(dǎo)致了更高的頻率，改善了現(xiàn)有的拓?fù)?，解鎖了未來的拓?fù)?，并終提高了較高的效率。還需要下一代，高頻控制器，以及新的磁性材料，以實現(xiàn)完整的高速生態(tài)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)較低的溫度和較小的尺寸。改善現(xiàn)有的PFC電路或使用新電路（例如AHB）只是可能的小例子。隨著GAN繼續(xù)改善并解鎖現(xiàn)有和新拓?fù)?，更多的?chuàng)新在拐角處。