EPC의 GaN FET, DC/DC 변환을 위한 전력 밀도 및 효율성 기준 수립

2024년 02월 19일

EPC의 GaN FET는 ADI(Analog Devices)의 드라이버와 컨트롤러를 활용하여 컴퓨팅, 산업,
컨슈머 DC/DC 컨버터를 위한 최고의 전력 밀도를 제공하고, 효율성을 높이며,
냉각 비용을 절감하는 것은 물론, GaN 설계를 간소화할 수 있도록 지원한다.

EPC는 ADI(Analog Devices)의 컨트롤러와 EPC의 GaN FET를 탑재한 다양한 레퍼런스 디자인을 공급한다고 밝혔다.

새롭게 출시된 EPC9195 동기식 벅 컨버터 레퍼런스 디자인 보드는 750kHz 스위칭 주파수에서 동작하며, 36V ~ 48V의 입력 전압을 레귤레이션하여 13.5V 출력으로 변환한다. 이 보드는 28mm x 14mm의 매우 작은 풋프린트와 5mm(인덕터 높이3.5mm) 미만의 프로파일로 최대 16A를 제공한다. 이러한 유형의 고밀도 DC/DC 컨버터는 배터리나 충전기의 48V DC 입력을 레귤레이션하여 일반적인 12V 부하로 변환하는데 사용된다. 48V 입력은 전력을 증가시키고 있는 USB PD 3.1과 최대 240W까지 케이블링을 줄이기 위한 노력으로 인해 점차 보편화되고 있다. ADI의 새로운 LTC7891 100V 동기식 GaN 벅 컨트롤러와 EPC의 초고효율 EPC2619 GaN FET를 결합하면, 48V-13.5V 및 16A 연속 전류에서 96.4%의 효율을 제공하는 초소형 및 고효율 솔루션을 구현할 수 있다.

EPC의 알렉스 리도우(Alex Lidow) CEO는 “DC-DC 컨버터의 최대 전력 밀도를 달성하기 위해서는 GaN FET가 필요하다. 우리는 ADI와 협력하여 첨단 컨트롤러의 이점과 GaN의 성능을 결합함으로써 효율성 및 전력 밀도를 높이고, 시스템 비용을 절감할 수 있는 최고의 전력밀도와 적은 수의 부품으로 구성된 솔루션을 고객들에게 제공하게 되어 기쁘게 생각한다.”고 밝혔다.

ADI의 시스템 및 애플리케이션 디렉터인 키이스 솔루샤(Keith Szolusha)는 “ADI의 LTC7890, LTC7891, LT8418, LT8390A는 EPC의 고성능 eGaN FET와 함께 사용하여 높은 전력 밀도의 솔루션을 구현할 수 있도록 설계되었다.”며, “이들 제품은 매우 낮은 전력 소모로 동작하면서도 현재 시장에 공급되는 솔루션보다 훨씬 더 높은 스위칭 주파수와 최적화된 데드타임을 제공한다. 고객들은 이러한 새로운 IC를 통해 GaN의 고속 스위칭 이점을 활용하여 최고의 전력 밀도를 구현할 수 있다.”고 말했다.

이 레퍼런스 디자인은 1.5mm x 2.5mm의 작은 풋프린트(3.8mm²)로 정격 100V 및 평균 3.3mOhm의 R_DS(on)을 제공하는 EPC의 6세대 GaN FET인 EPC2619를 탑재하고 있으며, EPC의 5세대 디바이스에 비해 면적 대비 R_DS(on)을 40% 개선하고, 향상된 Tempco를 제공한다. 풋프린트는 5세대 EPC2204와 동일하기 때문에 업그레이드가 용이하다.

500kHz 스위칭 주파수로 동작하는 듀얼 출력 동기식 벅 컨버터 레퍼런스 디자인 보드인 EPC9158은 48V ~ 54V의 입력 전압을 레귤레이션하여 12V 출력으로 변환하고, 위상당 최대 25A 또는 총 50A의 연속 전류를 제공한다. GaN을 구동하기 위한 ADI의 새로운 100V, 듀얼, 2상 동기식 벅 컨트롤러인 LTC7890과 EPC의 초고효율 EPC2218/EPC2088 GaN FET를 결합하면, 높은 전력 밀도 애플리케이션을 위한 작은 풋프린트의 매우 효율적인 솔루션을 구현할 수 있다. 이 솔루션은 48V–12V 및 50A 연속 전류에서 96.5%의 효율을 달성한다.

위상당 2MHz의 스위칭 주파수로 동작하는 듀얼 출력 동기식 벅 컨버터 레퍼런스 디자인 보드인 EPC9160은 9V ~ 24V의 입력 전압을 3.3V 또는 5V 출력 전압으로 변환하고, 두 출력 모두 최대 15A의 연속 전류를 제공한다. 높은 스위칭 주파수를 통해 솔루션 크기가 매우 작고(두 출력 모두 23mm x 22mm), 인덕터 높이 또한 3mm에 불과하다. LTC 7890과 결합된 이 솔루션은 2MHz 스위칭 주파수를 선호하는 자동차 콘솔 애플리케이션에 매우 적합하다. 또한 컴퓨팅, 산업, 컨슈머 및 통신 전력 시스템에서 요구하는 매우 작은 크기와 매우 얇은 프로파일을 제공한다.

ADI의 LTC7890 및 LTC7891은 하프 브리지 드라이버와 스마트 부트스트랩 다이오드를 통합하고 있다. 이들 디바이스는 낮은 Iq와 제로에 가까운 최적화된 데드타임 또는 프로그래밍이 가능한 데드타임 및 최대 3MHz의 프로그래밍이 가능한 스위칭 주파수를 제공한다. 정동작 전류가 5uA(V_IN = 48V, V_OUT = 5V, CH1만 해당)에 불과해 대기전력 소모가 매우 낮고, 경부하 효율이 매우 뛰어나다. ADI의 EVAL-LTC7890-AZ 평가 보드는 EPC의 EPC2088 및 EPC2204 FET를 갖추고 있으며, 30V ~ 72V의 입력 전압에서 각 5V 및 12V에 대해 20A의 전류를 제공한다. EVAL-LTC7891-AZ 평가 보드는 EPC의 EPC2088 FET를 갖추고 있으며, 36V ~ 72V의 입력 전압 및 12V 출력 전압에서 20A의 출력 전류를 제공한다.

스마트 부트스트랩 스위치가 내장된 ADI의 100V 하프 브리지 게이트 드라이버인 LT8418은 높은 스위칭 주파수 성능(최대 10MHz)과 빠른 전파 지연(평균 10ns) 및 더 짧은 데드타임을 위한 전파 지연 정합(평균 1.5ns), 짧은 최소 펄스 폭(11ns) 및 매우 낮은 저항의 게이트 드라이브이며, EPC의 GaN FET를 구동하는데 매우 적합하다. 또한 정확한 UVLO(Undervoltage Lockout) 및 OVLO(Overvoltage Lockout) 보호 기능을 제공한다. ADI의 평가 보드인 EVAL-LT8418-BZ에는 하프 브리지 구성의 EPC EPC2204 GaN FET가 탑재되어 있으며, 최대 80V 입력과 100kHz ~ 10MHz fsw 및 최대 10A의 전류를 지원한다. 애플리케이션 노트에는 히트싱크 유무와 관계없이 500KHz 및 1MHz에 대한 결과가 포함되어 있다.

ADI의 LT8390A는 통합 5V 게이트 드라이버와 최대 2MHz의 스위칭 주파수를 지원하는 60V 고주파수 4-스위치 벅-부스트 컨트롤러이다. 이 디바이스는 옵티마이저와 배터리 충전 및 방전을 위한 전류 및 전압 제어 루프를 제공한다. ADI의 EVAL-LT8390A-AZ 레퍼런스 디자인은 8 ~ 60Vin의 입력 전압에서 24V 출력 전압까지 동작하며, 2MHz 스위칭 주파수에서 높은 효율로 5A의 연속 전류를 제공한다. 크기는 2 x 3cm(현재 공급되는100W Si MOSFET 솔루션 크기의 절반)에 불과하며, 6 x 6 x 6mm의 소형 인덕터를 갖추고 있다.