氮化鎵 (GaN)器件可實現航空航天、交通運輸和醫療應用所需的高頻、高密度電源。在布置印刷電路板 (PCB)時必須考慮某些設計規則和組件。例如，多層布局和帶有銅孔的走線將減少傳導路徑長度并因此最大限度地減少寄生元件。將電流傳感器插入 PCB 始終是一項挑戰。大多數電流傳感器都需要進出傳感器模塊的分離跡線。還應添加某些電路板區域，以消散電流通過分離跡線進入傳感器所產生的熱量。非接觸式電流傳感器最大限度地縮短了走線長度，并且除了轉換器工作溫度之外不需要額外的熱因素。但是，仍然需要某些設計規則來實現準確的測量。本文介紹了影響由 Tell-i Technologies 開發的非侵入式非接觸式電流傳感器測量的三種設計。該轉換器是兩相 DC/DC GaN 轉換器，具有 120-VDC 輸入，工作頻率為 6.7 MHz。120 VDC 是國際空間站 (ISS) 二次電源系統中的標準電壓水平。

多相兆赫轉換器SDK

利用 GaN MOSFET 的高功率密度和超快開關，Tell-i 新開發的 SDK 板使用兩相來超過正常的開關速度。多相配置支持標準 120-V 總線電壓，用于 ISS 等系統，允許交錯轉換器在 3 MHz、5 MHz 和出色的 6.87 MHz 下實現有效切換。

圖 1：多相多兆赫板布局（尺寸：2.94 × 2.61 英寸）

圖 2：EPC 推薦的高頻開關最佳功率環路配置

電感電流測量對于確定流經轉換器的平均電流很重要。由于轉換器的優化，Tell-i 的 DS10.2m 電流傳感器非常適合用于超快速（帶寬 DC = 10 MHz）、非接觸式和隔離輸出。在 120 V、6.78 MHz 下運行的多相兆赫板的結果如下所示。

圖 3：降壓轉換器配置中的多相多兆赫板的結果（以有效 6.78-MHz 開關頻率工作）

DS10.2m 電流傳感器（藍色）在交錯式轉換器產生的 6.78MHz 頻率下跟隨電感電流基準測量（粉紅色）。為了正確測量電流，由于使用磁阻技術，電流傳感器必須遵循嚴格的布局考慮以正確檢測電流。測試了三種不同的布局，以驗證使用電流傳感器布局的重要性。更改圍繞 DS10.2m 的有效區域進行。

布局考慮

僅關注電流傳感器周圍的區域，這三種布局是布局放置不當和正確的示例。間隙被指定為傳感器周圍的有效區域，只有載流跡線。有效區域指定為電流跡線和電流傳感器周圍的區域。圖 4 詳細說明了通過 PCB 布局的可能電流路徑。紅色箭頭表示正/正向電流，藍色箭頭表示負/返回電流，灰色箭頭表示磁場方向。

布局 A 在有效區域上不包含任何間隙。雖然平面僅包含接地/參考節點是合理的，但表明基于傳感器輸出的形狀和靈敏度的結果中存在電流檢測問題。布局 A 不是最優的。

布局 B 在有效區域上包含一些間隙，允許電流走線周圍有 50 mil 的間隙。請注意，有效區域施加在 PCB 的所有層上，以消除任何可能的磁場干擾。布局 B 的結果顯示了對開始開關的準確測量，但由于返回電流的干擾而未能捕捉到結果。布局 B 仍然不是最優的。

布局 C 在有效區域內包含最小量，允許在電流傳感器封裝周圍留出 50 密耳的間隙。布局間隙也施加在所有層??上，僅允許有效區域中的載流跡線磁場。結果顯示，布局 C 最適合清晰準確地測量電流。電流傳感器不受回流電流的干擾，只檢測流過載流跡線的電流。布局 C 是最優化的布局，但可以通過在整個傳感器周圍留出更多間隙來改進。

圖 4：Tell-i DS10.2m 電流傳感器的不同電路板布局注意事項：(a) 有效區域上沒有間隙，(b) 有效區域上有一些間隙，以及 (c) 建議的有效區域周圍的最小間隙

圖 5：不同布局考慮的結果：(a) 有效區域上沒有間隙，(b) 有效區域上有一些間隙，以及 (c) 建議有效區域周圍的最小間隙

結論

通過適當和優化的布局布局，可以輕松實現高頻轉換器。通過使用多相技術使有效開關頻率加倍，也可以實現高于 1 MHz 的更高頻率。為了測量平均電流，如果遵循傳感器周圍的某些布局間隙，Tell-i 的超快速非接觸式電流傳感器 DS10.2m 可以準確測量。工程師推薦并首選隔離輸出，以消除由于霍爾或侵入式電流傳感器而導致的熱約束和布局更改的需要。

圖 6：最先進的電流傳感器布局及其散熱考慮與 DS10.2m 布局（圖 1 右）

　　審核編輯：湯梓紅