在设计汽车转换器时，尺寸，成本和可靠性是关键因素。为了满足这些标准，简单的双向拓扑；选择同步的降压/反向提升转换器。化能源效率也是至关重要的，在这里，设计师可以利用硝酸盐（GAN）技术来实现比使用传统的硅电晶体管更大的效率。氮化壳受益于极高的电子迁移率和低温系数，这使得晶体管的现场抗性（R ON）非常低，从而地减少了州内传导损失。横向晶体管结构还导致零反射电荷（q rr ）的较低门电荷（Q g ） 。另外，GAN FET的输出电容（C OSS）也比可比的MOSFET低得多[1]。
与类似的MOSFET相比，适用于48个V应用的GAN FET的功绩数（X R ON ）的数字约为四倍。对于5 V的相同栅极电压，GAN FET的门电荷的五倍比硅MOSFET低五倍。结果，GAN FET可以比硅MOSFET更有效地工作，在高开关频率下运行，从而使设计人员可以在其设计中指定较小的电容器和电感器。随着整个开关和状态的损失较低，也可以减小散热器尺寸，终使较小，更纤细的模块或在同一足迹内允许更高的功率等级。终，这使车辆设计师额外的自由可以在当今的车辆呈现的紧密空间限制内包装更多新功能。
设计转换器
图1显示了1.5 kW双向48 V/ 12 V转换器的简化示意图框图，可以通过与两个转换器并行使其四个阶段相对容易地缩放到3 kW。该图中显示的两相设计多可运行1.5 kW，电流为12 V端口的每个阶段62.5 a。通过使用EPC2206 EGAN（增强模式GAN）AEC-Q101合格的FET，该FET具有2.2MΩR，并且额定峰值DC电流为90A。两相设计还降低了电感器的所需电流额定值。
图1：用Egan FET的两相双向转换器的简化示意图。
在此设计中，使用分析损耗模型确定电感器值和开关频率，以便化全额额定功率的50％的效率。如图所示，选定的2.2 ?H电感器和250 kHz开关频率，峰电感电流为70 a
为了确保准确的相位平衡，使用精度分流电阻的电流传感比电感DCR电流传感优选。但是，额定为70 a的分流电阻通常具有较大的占地面积，因此也具有高寄生电感，这可能会导致高噪声，从而可以使电流质量放大器饱和，从而使测量值无效。克服此问题的一个简单解决方案是添加一个带有匹配的时间常数的RC滤波器网络，以取消分流电感。该设计使用电流态放大器，带宽为500 kHz和50 v/v增益，当与200 Ω分流电阻器一起使用时，导致10 mV/a总电流传感增益。
确保两个阶段之间的对称布局也至关重要，因此相位电流是平衡的，并且由于门驱动延迟，开关速度，过渡速度或其他参数而引起的任何效果都可以化。使用GAN功率设备设计时，内部垂直环[2]方法是将靠近FET的解耦电容器放置，并将其放置在下面的实心接地平面。为该应用程序选择的微控制器具有高分辨率的PWM模块，该模块允许对占空比的准确控制0.25 ns，可以优化这些模块，以充分利用GAN FETS性能。
数字平均电流模式控制均针对BUCK和BOOST模式实现。控制框图如图所示。 2。使用相同的电流参考，i Ref对于两个独立的电流环将两个电感器中的电流调节为相同的值。两个内部电流环的带宽设置为6 kHz，外电压回路带宽设置为800 Hz。
图2：数字平均电流模式控制图
GAN FET需要散热器才能以1.5 kW的全部输出功率运行。使用标准的市售1/8砖暖气。 PCB上安装了四个金属垫片，以提供适当的散热器安装间隙。在FET和HeatSink之间施加了电导率为17.8 w/mk的电绝缘界面材料（TIM）。
绩效分析
图3显示了EPC9137 [5]转换器的照片。安装散热器和1700 LFM气流后，转换器以48 V输入，13.8 V输出运行，并在250 kHz和500 kHz处进行测试。
图3：带有EPC2206 GAN FET的EPC9137转换器的照片。
图4显示了效率结果。在250 kHz时，使用2.2 H电感器，转换器的峰效率为97％。当使用1.0 ?H电感器以500 kHz操作时，峰值效率为95.8％。
图4：在250 kHz和500 kHz，48 V输入和13.8 V输出的EPC9137的测量转换器效率。
如图5所示，还以13.8 V输入的EPC9137转换器进行了13.8 V输入和48 V输出的测试。
图5：在250kHz，13.8 V输入和48 V输出时测量的EPC9137转换器效率。
在满载时，EPC EGAN FET可以在250 kHz开关频率下以96％的效率运行，与基于硅的溶液相比，在100 kHz开关频率下对电感电流的限制限制，可实现750 W/相。
