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超大功率,超高效率——基于GaN FET的4kW图腾柱PFC电源评估板TDTTP4000W066B测评

2019年04月09日 作者: 1 2,353+ 0

如下图所示,4kW的功率是通过两个GaN FET和两个MOSFET输出,GaN FET和MOSFET与一白色垫块接触,白色垫块与散热器接触,接触面涂导热硅脂。GaN FET通过螺钉紧固,MOSFET通过夹子夹紧。资料中无白色垫块介绍,笔者认为白色垫块是某种散热材料,用在这里适配FET与散热器之间的距离。散热通过两个风扇强制风冷一块小小的散热器完成。

需要着重介绍一下GaN FET,作为电路核心功率器件,本电源板使用的是Transphorm公司的TP65HO35WS 650 V、35 mΩ。该器件结合了先进的高电压 GaN HEMT 和低电压硅 MOSFET 技术,具有出色的可靠性和性能。TP65HO35WS通过更低的栅极电荷、更低的交越损耗和更小的反向恢复电荷Qrr,提升了硅器件的效率。TP65H035WS封装为TO-247,封装形式和内部结构见下图。

TP65H035WS关键参数见下表

TP65H035WS应用拓扑结构见下表

电源板采用图腾柱式无桥PFC拓扑,相比传统的Dual-boost效率更高,成本更低。传统拓扑需要2个MOSFET,2个电感,2个碳化硅二极管(D1,D2)。采用GaN FET的图腾柱无桥PFC只要一个电感,2个GaN FET,另D1,D2可以用二极管或等同内阻的MOSFET以实现更高效率。

图腾柱式无桥PFC拓扑中,GaN FET Q1、Q2组成高频支路,工作在66kHz频率下。MOSFET S1、S2组成低频支路,工作在工频(50/60Hz)。在输入电压正半周期,S1开通,S2关断。此时,高频支路有两个模态:Q1导通,Q2关断,外部电源给电感L充电,电容负责为负载供电,电流走向见下图。当Q1关断,Q2导通时,外部电源和电感共同给负载和电容供电。在输入电压负半周期,S2开通,S1关断,同理,高频支路同样有两个模态。在Q1,Q2开关切换的死区时间,电感电流方向不变,通过GaN FET的体二极管续流。

最终,电能在电源板中的路径如下图蓝色箭头所示。

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评论 ( 1 )
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  • xuanboo

    效率高的离谱啊 😯

    2019年04月10日  16:16:50

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