云鎵半導(dǎo)體

2kW 雙向開關(guān) (GaN BDS) 前置升壓 APFC 評(píng)估板

CG-EVB-BDS-PFC-2KW

1.雙向開關(guān)前置升壓 APFC 由來(lái)

雙向開關(guān)前置升壓 APFC 是無(wú)橋 APFC 拓?fù)渲械囊环N，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)實(shí)際就是Boost 電路的變形，只是交流輸入的正負(fù)半周各自對(duì)應(yīng)不同的電路，此拓?fù)涫∪チ?a target="_blank">整流橋的應(yīng)用。

2.Boost 型 APFC 和雙向開關(guān)前置升壓 APFC 的工作對(duì)比

下表所示為Boost APFC 和雙向開關(guān)前置升壓 APFC 的工作對(duì)比。

接下來(lái)，讓我們比較一下兩種APFC電路在拓?fù)浜湍芎纳厦娴牟町悺?/p>

在功率器件上，雙向開關(guān)前置升壓 APFC 會(huì)減少一個(gè)整流二極管的損耗，因此在效率上會(huì)有所提升。

除此之外，傳統(tǒng)的拓?fù)涠嗍褂?span style="color:rgb(255,41,65);">Si SJ-MOS 背靠背串聯(lián)來(lái)形成雙向器件，GaN BDS 的出現(xiàn)可以大大降低元器件的成本：無(wú)需工藝調(diào)整和 MASK 變動(dòng)，通過(guò)合并漂移區(qū)和漏極及雙柵控制，即可實(shí)現(xiàn)單片集成的氮化鎵雙向器件（Monolithic Bi-Directional Switch, MBDS），從而有效降低芯片面積和成本，如下圖器件結(jié)構(gòu)所示。GaN 的雙向器件極具性能和成本優(yōu)勢(shì)（相較于 Si/SiC 解決方案，使用 GaN BDS 方案的系統(tǒng)具備更少的元件數(shù)量、更小的占板面積以及更有競(jìng)爭(zhēng)力的系統(tǒng)成本）。

圖 1 GaN 雙向器件結(jié)構(gòu)圖和 TOLT 封裝效果圖

基于GaN BDS器件，如下左圖基于傳統(tǒng) Si-SJ MOS 的拓?fù)淇梢匝葑兂扇缦掠覉D所示。使用 GaN BDS，開關(guān)器件的數(shù)量和成本能顯著降低。

圖 2 (左) 基于 Si MOS 的雙向開關(guān)前置升壓 PFC；(右)基于 GaN BDS 的前置升壓 PFC

3.云鎵雙向開關(guān)前置升壓 APFC DEMO (CG-EVB-BDS-PFC-2KW)

下圖為云鎵半導(dǎo)體自主設(shè)計(jì)的雙向開關(guān)前置升壓 APFC 的電路圖。

下圖所示為實(shí)物照片，本評(píng)估板使用云鎵自主研發(fā)的 GaN BDS 雙向開關(guān)器件 CGK65090TBD，具體信息可登錄云鎵半導(dǎo)體官網(wǎng)下載規(guī)格書。

圖 3 云鎵雙向開關(guān)前置升壓 APFC實(shí)物照片

部分測(cè)試波形和數(shù)據(jù)如下表所示：