先进的电路设计创新

较低 Rsp 和较低 RQ FoM 的不良后果是在漏极电荷减少的情况下，导通转换损耗会产生影响。通过图 17，您可以看到，对于固定的电压过冲量，随着漏极电荷的减少，这种降压转换器的关断损耗会显著增加。遇到这种需要权衡取舍的情况时，尽管 RQ FoM MOSFET 的性能在持续改进，但仍需要使用新的先进栅极驱动器知识产权 (IP) 来尽快开关 MOSFET，同时将其保持在电气安全的工作范围内。随着漏极电荷的减少，关断能量将会增加，以维持固定的漏源电压应力。

图 17 不同 MOSFET 技术的关断能量损耗。

在这方面，TI 最近开发了一系列栅极驱动器技术，尽管 RQ FoM MOSFET 较低，但仍可实现非常快的开关速度，从而可获得更好的充电和转换损耗，同时仍将 MOSFET 保持在其电气安全的工作范围内。正如您在比较图 18 和图 19 时所看到的，在保持峰值电压应力固定不变的情况下，可以将关断能量损耗减少 79%。在某些设计中，如图 19 所示，这种损耗降低可以在峰值效率点产生高达 4% 的效率提升。

图 18 实现低漏极电荷和低关断能量的栅极驱动器 IP 的比较。

图 19 栅极驱动器 IP 对系统效率的影响。

除了先进的栅极驱动器技术以外，还有大量机会可以通过拓扑创新来提高功率密度。图 20 展示了飞跨电容四电平 (FC4L) 转换器拓扑，该拓扑实现了许多关键的功率密度优势，包括通过降低器件额定电压、减小磁滤波器尺寸和改善热分布来提高器件 FoM。这些优势可转化为更高的功率密度，如图 21 所示。与使用 SiC 的其他拓扑相比，TI 解决方案通过使用这种特殊的拓扑，结合 GaN 的优势和先进的封装技术，大大减小了体积。TI 的 FC4L GaN 解决方案可提供理想的功率密度。

图 20 使用 GaN 开关的飞跨电容四电平转换器拓扑。

图 21 拓扑和开关类型的总数量。