GaN技术评估板将AC转换为直流电源高达4kW

文章作者:Maurizio Di Paolo Emilio

transhorm公司推出了新的tdttp4000w065a评估板，该评估板采用了最新的SuperGaN Gen IV GaN技术，可将单相交流电转换为高达4千瓦(kW)的直流电，并结合传统模拟控制的无桥图腾柱功率因数校正(PFC)。

除了提供高于99%的效率水平，GaN技术确保了所需的性能，根据数据表，无需开发任何控制固件的解决方案与数字信号控制器(DSC)。

在接受EE时代的采访中，Philip Zuk VP在全球技术营销和Na Sales，Transphorm表示，该板将效率超过99％，使用与数字解决方案类似的高线输入（230 VAC）。

该评估套件提供了一个基于gan的平台，从而提供了宽带隙半导体物理的可靠性，并确保易于设计的可驾驶性和高容量再现性(RDDR)。transhorm强调，与使用超级结mosfet的标准CCM Boost PFC设计相比，效率为设计人员提供了一种更高效的电源系统。万博投注网址

无桥图腾柱功率因数校正(PFC)拓扑

PFC电路用于AC-DC转换，包括全波二极管桥式整流器和升压电路。桥上的输入电压下降，升压级确定了系统效率的质量。无聊的PFC图腾转换器显示了所有无桥的PFC拓扑中最小的传导损耗，并需要最小数量的组件。通过去除高压二极管桥式整流器并使用GaN通过硬切换同步整流和单相或交错控制方法提供的双向电流流动能力来获得效率。

transhorm研究了一系列无桥式PFC变换器，包括双升压无桥式PFC、双升压电路无桥式PFC、双向无桥式PFC和图腾柱无桥式PFC，以消除输入二极管的桥式。

通过使用低压硅MOSFET和耗尽模式GaN HEMT的双芯片常用GaN FET解决方案，该解决方案提供额外的低开关损耗，低QRR和低电容。这允许具有简单高效的功率转换电路。

图1:基于GaN HEMT的图腾柱无桥PFC升压变换器(a)线整流二极管(b)线整流MOSFET(源:传质)

图1用两种配置，用GaN HEMT说明了一款无限的PFC图腾转换器。配置所示图1B.通过更换所示的二极管来提高效率图1A有两个MOSFET。

PFC图腾杆的工作原理如图2所示。在AC线路的正半周期中，D2引线并将AC信号连接到输出接地。S2是主动升压开关，S1释放电感电流并将电感器能量放电以为输出供电。S1将与电感器曲调的点火互补，以降低导通损耗。在负半周期中，D1引导并将AC源连接到输出直流总线。S1是主动升压开关，S2释放电感电流。操作模式随每个周期而变化。在正面部分中，由升压负载比确定的PWM正在进行S2开关，同时将S1开关在负半部进行。MOSFET版本的操作是相同的，除了MOSFET主动激活MOSFET以便在半周期中的线条矫直。

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4 KW高线（180-260 V）和2 kW低线（90-120 v）评估套件不需要任何DSP固件编程，从而适应标准CCM升压AC-TO-DC PFC电源级。

“电力电子工程师始终使用模拟控制标准CCM / CRM升压PFC转换器。为了使用数字图腾杆，需要固件开发。许多Tier 2/3/4电源公司没有这种能力，也没有资源，因此我们正在使用模拟解决方案启用它们。它们可以使用模拟控制解决方案访问高性能图腾POL PFC，而无需任何固件。快速上市时间......模拟板有助于设计更快地上市。万博投注网址如果他们想在将来的那方面移动，它也是数字解决方案的巨大垫地。最后，这种解决方案还向传统的助推器PFC提供了直接竞争对手，使用硅，“Zuk说。

在设计过程中需要更多灵活性的工程师可以使用TDTTP4000W066C 4 kW TDTTP4000W066C板和预编程芯片dsPIC33CK，以及transphors SuperGaN fet的无桥图腾柱PFC。

TDTTP4000W065AN采用SuperGaN^TMGen IV TP65H035G4WS SuperGaN^TMfet支持快速开关，具有低阻硅mosfet和软开关支持。SuperGaN^TMfet可以用4伏特的阈值电压(Vth)驱动，标准的现成栅极驱动从0到12伏特。

“这个板不像数字设计那样提供任何定制。它为设计者提供了一个直接的替代标准，硅boost PFC与更高的效率。这种效率是由于我们的GaN平台和模拟控制的结合。无论系统功率等级是什么，维护或辅助电源基本上是恒定的。由于模拟板不使用DSP，它的辅助功率可以少依赖于电路板电路设计。在较低的功率下，辅助功率消耗占解决方案总损耗的百分比更高，这可能会略微提高效率。这个事实上可以在确定我们的模拟控制解决方案是首选设计选择方面的设计者是一个优势。但是，如上所述，还有其他变量也考虑“菲利普·Zuk说”。

TP65H035G4WS是一个650伏的器件，电阻为35万欧姆，封装在to -247中，具有天生的高散热能力，如果需要更多的功率，可以消除任何额外的并联器件。

本文最初发布EEWeb。

Maurizio Di Paolo Emilio拥有物理学博士学位，通信工程师和记者。他在引力波研究领域参与了多个国际项目。他与研究机构合作，为空间应用设计数据采集和控制系统。他是施普林格出版的几本书的作者，以及许多关于电子设计的科学和技术出版物。