【导读】德州仪器最新研究展现：采用其进步前辈的氮化镓 (GaN) 功率器件，光伏充电节制器的机能与设计迎来显著跃升。相较在传统硅基MOSFET方案，GaN技能不仅年夜幅晋升体系效率，更能有用缩减电路板面积，且要害上风于在——实现这些冲破的同时，体系物料成本 (BOM) 可维持稳定。

德州仪器最新研究展现：采用其进步前辈的氮化镓 (GaN) 功率器件，光伏充电节制器的机能与设计迎来显著跃升。相较在传统硅基MOSFET方案，GaN技能不仅年夜幅晋升体系效率，更能有用缩减电路板面积，且要害上风于在——实现这些冲破的同时，体系物料成本 (BOM) 可维持稳定。

电子电气装备快速成长，需要提供的功率比以往任什么时候候都年夜患上多。对于在很多家庭来讲，要缩减电费支出或者助力实现绿色可连续的将来，太阳能都是不错的选择，而半导体于此中阐扬着主要作用。

合用在光伏运用的紧凑型高效电源转换器既能帮忙用户削减室内占用面积，又能节省成本。氮化镓(GaN)使患上这一趋向成为可能。TI的新款中压GaN设计经由过程集成驱动器并优化电源环路，使设计患上以年夜幅简化。

图 1 TI LMG2100

光伏充电节制器可与光伏(PV)阵列共同利用，采用最年夜功率点跟踪(MPPT)算法为离网及混淆离网运用中的电池及电气负载发电。输出电压及输出电流是颠末调治的成果。节制器可以安全地调治电池，避免过分充电或者过分放电，从而延伸电池寿命。光伏电节制器内部的高效电源转换器可以更年夜限度地提高太阳能发电量。

图2光伏充电节制器图

TIDA-010042参考设计是一款光伏充电节制器，撑持15V至60V输入电压以和12V/24V电池，可提供400W以上的功率。于包罗两订交错降压转换器的旧设计中，选择了CSD19531Q5A作为主电源开关MOSFET，每一相开关频率为180kHz。

图3旧TIDA-010042板

于12V及24V负载前提下以0.6的固定占空比对于电路板举行测试。于12V负载下，峰值效率为96.7%，欧洲加权效率约为96.4%。于24V负载下，峰值效率为97.3%，欧洲加权效率约为96.4%。

图4旧TIDA-010042效率曲线

GaN器件可于不异或者更低损耗下实现更高的开关频率，只需将MOSFET更改成TI全新的中压GaN器件LMG2100便可，这款器件具备更低的Rds(on)及低患上多的寄生电容。具备更高开关频率的转换器可使无源器件更小，从而减小PCB尺寸并降低成本。此外，更高的效率可降低热耗散，于利用统一光伏电池板的环境下可输出更多功率，从而节省散热质料及电费。

新的TIDA-010042利用LMG2100作为单相降压转换器功率级，简化了设计要求。经由过程引入LMG2100，PCB面积节省了约37%，BOM成本也降落了37%。

图5.新TIDA-010042板

于与采用MOSFET的TIDA-010042不异的前提下举行测试，但改用GaN及2层PCB且开关频率为250kHz；于12V负载及24V负载下的峰值效率别离为98.4%及98.5%。欧洲加权效率别离为97.5%及98.2%。与MOSFET版真相比，峰值效率提高了至少1.2%，欧洲加权效率提高了至少1.1%，同时BOM成本进一步降低。

图6.新TIDA-010042效率

为了充实使用GaN器件的功效，TI建议利用至少4层PCB，因为导通及关断速率很快，是以其所需的降压转换器输入环路电感极低。4层PCB板很是小，是以可以经由过程优化结构来帮忙尽可能降低输入环路电感，并且不会增长许多成本。经由过程增长2层，PCB损耗及开关损耗年夜幅降低，同时效率进一步提高。于12V及24V负载下，欧洲加权效率别离为97.9%及98.5%，与2层版真相比晋升了0.3%摆布。图7所示为利用TI GaN及MOSFET的光伏充电节制器之间的效率比力环境，显示出有很年夜的机能晋升。

图7.利用12V负载体系举行测试

图8.利用24V负载体系举行测试

图9. BOM成本比力

图9显示了BOM成本比力环境。旧版本采用交错降压转换器及MOSFET，需要更多无源器件来降低成本并会增年夜尺寸。重要的节省来自电感器及无源器件。此外，于利用4层电路板的环境下，GaN器件可以于400W的前提下将所有热量披发到PCB中，无需添加电扇或者散热器，结温远低在安全事情区。图9中未思量散热质料的节省环境。（来历：德州仪器）

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