打开高效能源之门的钥匙——英飞凌氮化镓CoolGan功率器件测评

这款基于CoolGaN™的无桥PFC采用的是比较新的图腾柱式PFC拓扑，CoolGaN™工艺决定了其没有寄生二极管，电流可以双向流动，而且完全没有任何反向恢复电荷，这也是传统的Mosfet和Sicfet无法比拟的，所以图腾柱式PFC与CoolGaN™是完美的设计组合。

再来看看工作的波形：

1、2通道为CoolGaN™ IGO60R070D1在65KHz开关频率下Vds电压波形

3、4通道为CoolMOS™ IPT65R033G7在50Hz开关频率下的Vds电压波形

5、7通道为输入电压和电流波形

8 通道为PFC电感电流的波形

这款基于CoolGaN™的无桥PFC采用的是英飞凌的模拟控制器ICE3PCS01G，工作在CCM状态，能获得更低的纹波电流和更高的功率因数以及更好的THD。

当然，毕竟还是硬开关的工作状态，所以对开关管的可靠性要求也很高，特别是2颗工作在高频65KHz下的CoolGaN™ IGO60R070D1功率管。

而CoolGaN™ IGO60R070D1不仅开关速度快，而且没有反向恢复损耗的问题，成为图腾柱式CCM无桥PFC的理想应用器件。

展开看看：

输入电流的正弦波非常漂亮，开关没有任何尖峰。

再来看看CoolGaN™在ZVS软开关下的表现：

这是一款基于英飞凌CoolGaN™设计的3600W全桥LLC谐振电源。

工作条件：

输入电压：DC 360-400V

输出电压：DC 52V（Typ）

输出电流：69A

输出功率：3600W

从图中可以看到变换器采用了4颗主磁性元器件。

结合实物图，从架构图中可以看出，初级的4个开关管采用的是英飞凌CoolGaN™ IGO60R070D1，每个开关管采用2颗IGO60R070D1并联，值得一提的是初级的功率管没有散热器，每颗功率管只有一小片0.5*0.5mil的铜排焊接在功率管旁边辅助散热。

变压器采用2颗直径仅26mm的铁氧体磁芯绕制，初级串联，次级并联，谐振腔内的Lr和Lm均采用的外置，Lr采用的T106-2的磁环绕制，Lm采用PQ2625的铁氧体磁芯绕制。

次级的同步整流管安装在铝制散热器下面，采用的是英飞凌OptiMOS™ 5系列的CoolMos BSC026N08NS5。控制器采用的英飞凌推出的LLC专用控制器ICE2HS01G。

接下来实测一下看看：

由于我的高压直流电源只能输出5A左右的电流（OCP=5.250A），在390V输入的条件下，最大输出测试也就2000W左右。

根据应用设计文档里的操作减去了辅助电源及散热风扇的13W功耗，测试得到的效率曲线。

从效率曲线图中可以看出，在2000W左右时效率非常接近99%.也就是2000W时的总损耗才20W，而且这个损耗很大一部分是在次级的大电流上，所以CoolGaN™ IGO60R070D1基本不需要散热器的节奏。在20%负载以上效率均超过98%.

再看看工作在2000W时的工作波形：

说明：

1、2通道为初级全桥开关管CoolGaN™ IGO60R070D1其中1组上下桥臂的Vds波形

3、4通道为次级同步整流管的Vds波形

6 通道为整个谐振腔的谐振电流波形（Lr位置）

7 通道为励磁电感Lm的电路波形

8 通道为变压器的电流波形

这款DEMO的设计开关频率为180KHz-1MHz,谐振频率在350KHz左右。功率密度高达160W/in3。

在2000W左右时的开关频率约280KHz左右。遗憾的是我暂时没有条件测试到3600W满载，期待你的体验哦。

总结：

CoolGaN™将成为打开高效能源之门的钥匙，其优良的特性，包括无寄生体二极管、无反向恢复、可以双向导通，可以实现更多完美的拓扑以及更高频和高效的电源设计。相比MOSFET和SICFET，还具备更好的抗干扰性能和更低的开关损耗。配合英飞凌的CoolGaN™专用驱动1EDF5673K可以大大的简化设计。非常期待您的体验和应用。