基于LMG5200 GaN器件的负载点转换电源参考设计

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。

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。

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。

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-FreeLLP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。

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。

本方案电路元器件均为标准品类，用户可以按照原始BOM表中的零件号从原厂采购，也可以通过芯齐齐BOM智能工具寻找替代品，然后从硬之城(allchips.com)一站购齐，再通过反复验证实现由48V甚至更高电压向1V的转换，以不折衷的效率为总线处理器、数据通信处理器以及FPGA和ASIC提供可靠的1V电源。

审核编辑：汤梓红