用于 AC-DC 电源转换的 GaN 评估板

Transphorm 发布了用于 AC/DC 转换的 TDTTP4000W065AN 评估板。该板使用其 SuperGaN Gen IV GaN FET 技术将单相交流电转换为高达 4 kW 的直流电，并采用传统模拟控制的无桥图腾柱功率因数校正 (PFC)。

Transphorm 全球技术营销和北美销售副总裁 Philip Zuk 告诉EE Times Europe，该公司的 GaN FET 技术使电路板能够达到数据表规格，并在 230 Vac 的高线路输入下实现超过 99% 的效率。它无需像基于数字信号控制器 (DSC) 的解决方案那样开发控制固件。

基于 GaN 的平台提供了宽带隙半导体物理的可靠性，并确保了易于设计的可驱动性和大批量重现性。Transphorm 表示，与使用超级结 MOSFET 的标准连续导通模式 (CCM) 升压 PFC 设计相比，其方法为设计人员提供了更高效的电源系统。

无桥图腾柱 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。电桥和升压级的输入电压降决定了系统效率的质量。在所有无桥 PFC 拓扑中，无桥 PFC 图腾柱转换器的传导损耗最小，并且使用的组件数量最少。通过去除高压二极管桥式整流器并使用 GaN 通过硬开关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，可以获得效率。

Zuk 表示，为了消除输入二极管电桥，Transphorm 研究了一系列无桥 PFC 转换器拓扑，包括双升压电路无桥 PFC、双向无桥 PFC 和图腾柱无桥 PFC。

借助使用低压硅 MOSFET 和耗尽型 GaN HEMT 的两芯片常关 GaN FET，该解决方案可提供额外的低开关损耗、低 Q rr和低电容。据 Transphorm 称，这可以实现简单而高效的电源转换电路。开发板显示了采用两种配置的 GaN HEMT 的无桥 PFC 图腾柱转换器。

PFC图腾柱的工作原理，在交流线的正半周，D2 将交流信号引出并连接到输出地。S2 为有源升压开关，S1 释放电感电流并释放电感能量为输出供电。S1 将与电感器的点火互补，以减少传导损耗。在负半周期中，D1 将交流电源引导并连接到输出直流母线。S1 是有源升压开关，S2 释放电感电流。操作模式随每个循环而变化。由升压负载比决定的脉宽调制 (PWM) 使 S2 开关在正半部分导通，S1 开关在负半部分导通。MOSFET 版本的操作是相同的，只是 MOSFET 在半周期被主动激活以进行线路矫直。

GaN板评估

4 kW 高压 (180–260 V) 和 2 kW 低压 (90–120 V) 评估套件不需要任何 DSP 固件编程，因此适用于标准 CCM 升压 AC/DC PFC 功率级。

“电力电子工程师一直使用模拟控制标准 CCM/CRM [临界导通模式] 升压 PFC 转换器。为了使用数字图腾柱，需要进行固件开发，”Zuk 说。许多 2/3/4 级电源公司不具备这种能力或资源，因此我们正在为他们提供模拟解决方案。他们现在可以通过模拟控制解决方案访问高性能图腾柱 PFC，而无需任何固件。”

他补充说，模拟板“帮助设计更快地进入市场”，如果他们想在未来朝着这个方向发展，它是“数字解决方案的重要垫脚石”。最后，这种 [基于 GaN 的] 解决方案还为使用硅的传统升压 PFC 提供了直接竞争对手。”

在设计过程中需要更大灵活性的工程师可以使用 TDTTP4000W066C 4kW 板，除了 Transphorm 的 SuperGaN FET 的无桥图腾柱 PFC 外，还带有预编程的 Microchip dsPIC33CK。

TDTTP4000W065AN 使用 SuperGaN Gen IV TP65H035G4WS FET 实现快速开关，同时支持低电阻硅 MOSFET 和软开关。SuperGaN FET 可以使用 4 V 的阈值电压 (V th ) 和在 0-12 V 范围内工作的标准现成栅极驱动器来驱动。

“这块板不像数字设计那样提供定制服务，”Zuk 说。“它为设计人员提供了直接替代标准硅升压 PFC 的效率更高的产品。这种效率归功于我们的 GaN 平台和模拟控制的结合。无论系统功率水平如何，维护或辅助功率基本恒定。

“由于模拟板不使用 DSP，其辅助功率可能会减少，具体取决于板的电路设计，”他补充道。“这可能会导致在较低功率下的效率略有提高，其中辅助功率消耗在解决方案的整体损耗中所占的百分比更高。这可能是设计人员在确定我们的模拟控制解决方案是否是首选设计选择时的优势。但还有其他变量需要考虑。”

TP65H035G4WS 是一款 650V 器件，采用 TO-247 封装，电阻为 35 毫欧，具有固有的高散热能力，如果需要更多功率，则可以消除并联的附加器件。