用于 AC-DC 電源轉(zhuǎn)換的 GaN 評(píng)估板

Transphorm 發(fā)布了用于 AC/DC 轉(zhuǎn)換的 TDTTP4000W065AN 評(píng)估板。該板使用其 SuperGaN Gen IV GaN FET 技術(shù)將單相交流電轉(zhuǎn)換為高達(dá) 4 kW 的直流電，并采用傳統(tǒng)模擬控制的無橋圖騰柱功率因數(shù)校正 (PFC)。

Transphorm 全球技術(shù)營銷和北美銷售副總裁 Philip Zuk 告訴EE Times Europe，該公司的 GaN FET 技術(shù)使電路板能夠達(dá)到數(shù)據(jù)表規(guī)格，并在 230 Vac 的高線路輸入下實(shí)現(xiàn)超過 99% 的效率。它無需像基于數(shù)字信號(hào)控制器 (DSC) 的解決方案那樣開發(fā)控制固件。

基于 GaN 的平臺(tái)提供了寬帶隙半導(dǎo)體物理的可靠性，并確保了易于設(shè)計(jì)的可驅(qū)動(dòng)性和大批量重現(xiàn)性。Transphorm 表示，與使用超級(jí)結(jié) MOSFET 的標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 升壓 PFC 設(shè)計(jì)相比，其方法為設(shè)計(jì)人員提供了更高效的電源系統(tǒng)。

無橋圖騰柱 PFC 拓?fù)?

PFC 電路用于 AC/DC 轉(zhuǎn)換，包括全波二極管橋式整流器和升壓電路。電橋和升壓級(jí)的輸入電壓降決定了系統(tǒng)效率的質(zhì)量。在所有無橋 PFC 拓?fù)渲?，無橋 PFC 圖騰柱轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)損耗最小，并且使用的組件數(shù)量最少。通過去除高壓二極管橋式整流器并使用 GaN 通過硬開關(guān)同步整流和單相或交錯(cuò)控制方法提供的雙向電流流動(dòng)能力，可以獲得效率。

Zuk 表示，為了消除輸入二極管電橋，Transphorm 研究了一系列無橋 PFC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，包括雙升壓電路無橋 PFC、雙向無橋 PFC 和圖騰柱無橋 PFC。

借助使用低壓硅 MOSFET 和耗盡型 GaN HEMT 的兩芯片常關(guān) GaN FET，該解決方案可提供額外的低開關(guān)損耗、低 Q rr和低電容。據(jù) Transphorm 稱，這可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而高效的電源轉(zhuǎn)換電路。開發(fā)板顯示了采用兩種配置的 GaN HEMT 的無橋 PFC 圖騰柱轉(zhuǎn)換器。

PFC圖騰柱的工作原理，在交流線的正半周，D2 將交流信號(hào)引出并連接到輸出地。S2 為有源升壓開關(guān)，S1 釋放電感電流并釋放電感能量為輸出供電。S1 將與電感器的點(diǎn)火互補(bǔ)，以減少傳導(dǎo)損耗。在負(fù)半周期中，D1 將交流電源引導(dǎo)并連接到輸出直流母線。S1 是有源升壓開關(guān)，S2 釋放電感電流。操作模式隨每個(gè)循環(huán)而變化。由升壓負(fù)載比決定的脈寬調(diào)制 (PWM) 使 S2 開關(guān)在正半部分導(dǎo)通，S1 開關(guān)在負(fù)半部分導(dǎo)通。MOSFET 版本的操作是相同的，只是 MOSFET 在半周期被主動(dòng)激活以進(jìn)行線路矯直。

GaN板評(píng)估

4 kW 高壓 (180–260 V) 和 2 kW 低壓 (90–120 V) 評(píng)估套件不需要任何 DSP 固件編程，因此適用于標(biāo)準(zhǔn) CCM 升壓 AC/DC PFC 功率級(jí)。

“電力電子工程師一直使用模擬控制標(biāo)準(zhǔn) CCM/CRM [臨界導(dǎo)通模式] 升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器。為了使用數(shù)字圖騰柱，需要進(jìn)行固件開發(fā)，”Zuk 說。許多 2/3/4 級(jí)電源公司不具備這種能力或資源，因此我們正在為他們提供模擬解決方案。他們現(xiàn)在可以通過模擬控制解決方案訪問高性能圖騰柱 PFC，而無需任何固件?！?

他補(bǔ)充說，模擬板“幫助設(shè)計(jì)更快地進(jìn)入市場(chǎng)”，如果他們想在未來朝著這個(gè)方向發(fā)展，它是“數(shù)字解決方案的重要墊腳石”。最后，這種 [基于 GaN 的] 解決方案還為使用硅的傳統(tǒng)升壓 PFC 提供了直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。”

在設(shè)計(jì)過程中需要更大靈活性的工程師可以使用 TDTTP4000W066C 4kW 板，除了 Transphorm 的 SuperGaN FET 的無橋圖騰柱 PFC 外，還帶有預(yù)編程的 Microchip dsPIC33CK。

TDTTP4000W065AN 使用 SuperGaN Gen IV TP65H035G4WS FET 實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)，同時(shí)支持低電阻硅 MOSFET 和軟開關(guān)。SuperGaN FET 可以使用 4 V 的閾值電壓 (V th ) 和在 0-12 V 范圍內(nèi)工作的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成柵極驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)。

“這塊板不像數(shù)字設(shè)計(jì)那樣提供定制服務(wù)，”Zuk 說。“它為設(shè)計(jì)人員提供了直接替代標(biāo)準(zhǔn)硅升壓 PFC 的效率更高的產(chǎn)品。這種效率歸功于我們的 GaN 平臺(tái)和模擬控制的結(jié)合。無論系統(tǒng)功率水平如何，維護(hù)或輔助功率基本恒定。

“由于模擬板不使用 DSP，其輔助功率可能會(huì)減少，具體取決于板的電路設(shè)計(jì)，”他補(bǔ)充道?！斑@可能會(huì)導(dǎo)致在較低功率下的效率略有提高，其中輔助功率消耗在解決方案的整體損耗中所占的百分比更高。這可能是設(shè)計(jì)人員在確定我們的模擬控制解決方案是否是首選設(shè)計(jì)選擇時(shí)的優(yōu)勢(shì)。但還有其他變量需要考慮?！?

TP65H035G4WS 是一款 650V 器件，采用 TO-247 封裝，電阻為 35 毫歐，具有固有的高散熱能力，如果需要更多功率，則可以消除并聯(lián)的附加器件。