微软公司宣布不再支持你正在使用的 IE浏览器，这会严重影响浏览网页，请使用微软最新的Edge浏览器
微软公司宣布不再支持你正在使用的 IE浏览器，这会严重影响浏览网页，请使用微软最新的Edge浏览器
微软公司宣布不再支持你正在使用的 IE浏览器，这会严重影响浏览网页，请使用微软最新的Edge浏览器
2019-06-13 10:20
LV.3 3.1w
浏览
164
回复
9
获赞
提到氮化镓功率管，电源工程师们都知道它的速度快，频带高，但还是会觉得有些陌生。其实氮化镓工艺早就在LED和射频晶体管领域得到了多年的应用。
氮化镓是一种宽禁带半导体材料（WBG），与硅等传统的半导体材料相比，它能够让器件在更高的饱和电子迁移率、频率和电压下运行。氮化镓和硅的截面图，硅是垂直型的结构，氮化镓是平面型的结构，在结构上有本质的不同。硅的带隙是1.1电子伏特，氮化镓是3.4电子伏特。氮化镓已经在60年代应用于LED产品中，只是在电源类产品中在近几年被慢慢市场开始接受。
英飞凌是目前唯一覆盖普通硅、碳化硅、氮化镓三种工艺的功率管的公司。提到英飞凌，大家都知道他的CoolMOS™ Mosfet。笔者最近拿到了英飞凌推出的CoolGaN™ 产品——IGO60R070，下面分享给大家。
CoolGaN™能工作在更高的频率下，那么，在高频下的应用该如何设计呢？CoolGaN™该如何驱动比较合适呢？
下面我们先来对比一下基于普通硅工艺、碳化硅、氮化镓3种工艺的功率管的驱动特性：
上图测试的是英飞凌的一款CoolMOS™（IPW60R040C7）的IV曲线，设置Vgs在-2V至+5V下的Vds为 0-21V下的Ids曲线。
从图中可以看出， 在Vds为15V左右时，Vgs>=4V进入完全导通状态。
再看看碳化硅工艺的功率管：
碳化硅功率管在Vds=20V、Vgs=4V时还未能进入完全导通的状态，但在Vds=2V左右时，Vgs=4.5V就进入完全导通的状态了。
再看看氮化镓工艺的CoolGaN™ IGO60R070D1:
从图中可以看出，在Vgs从-2V到+5V整个范围内，CoolGaN™ IGO60R070D1均未完全导通，即使在VDS=21V、Vgs=5V时，Ids也不到300uA.
这是为什么呢？
作为电源工程师，大家都知道Mosfet和Sicfet的规格书都会提供类似的IV曲线，先来看看现在测试的这颗英飞凌的IPW60R040C7 Mosfet的规格书:IPW60R040C7
IPW60R040C7的规格书中明确的给出了不同Vgs电压下的IV曲线，不同的是原厂采用的是更大电流的仪表来进行测量的。
我们再来看一下这款CoolGaN™ IGO60R070D1的规格书：IGT60R070D1
然而规格书中并未给出不同Vgs电压下的IV曲线，但是给出了不同Igs电流下的IV曲线：
我们知道Mosfet和Sicfet都属于电压型控制功率器件，那么，CoolGaN™是属于电流型控制器件吗？
我们先看看IGO60R070D1规格书中给出的电流条件：
接下来测试一下不同Igs下IGO60R070D1的IV曲线：
规格书给出的驱动所需要的最大平均电流是20mA,设置Vgs电压限制为5V，测试Igs电流从0.1mA到15mA的IV曲线如上图。
从图中可以看出，Igs和Ids的线性关系还是比较好的，在Igs=14mA、Vds>15V进入完全导通状态，在Igs=15mA、Vds>11V进入完全导通状态。
好吧，这能说明CoolGaN™是电流型控制器件吗？
接下来再对比一下Mosfet、Sicfet、CoolGaN™驱动的IV曲线：
设定Vds为15-20V，测试Vgs电压从-5V到+5V时的Igs电流。上图是IPW60R040C7 Mosfet的驱动电压和电流的IV曲线。
从图中可以看出，IPW60R040C7只有Vgs在Mosfet的Vth 附近才会出现一个较大的电流，其实也就是驱动所需要的电流，但这个电流最大也不超过0.7uA。远小于CoolGaN™ 的15mA.
再看看Sicfet驱动的IV曲线：
同样是设定Vds为15-20V，测试Vgs电压从-5V到+5V时的Igs电流。
Sicfet的驱动IV曲线和Mosfet相差还是比较大的，在Vgs为-5V时的漏电流相对较大，达到了0.35uA,大于-4V以上就很小了，一直到+5V时完Sicfet全开通都没有出现较大的电流，基本在10nA以内。
再来看看CoolGaN™ IGO60R070D1，既然CoolGaN™是电流型控制，那么我们来看看测试不同Igs下驱动Vgs的电压的IV曲线：
设定Vds为15-20V，测试Igs电流从-15mA到+15mA时的Vgs电压的IV曲线
从图中可以看出，CoolGaN™ IGO60R070D1正负电流驱动的对称性非常好，而且趋势非常明显，在电流满足的情况下，需要的Vgs电压也非常低。
可以定义CoolGaN™为电流型控制功率器件了吗？不过其需要的驱动电流也并不大，只需要不到20mA.
。。。。。。下接第13帖。。。。。。
同是电子工程师，请一定不要吝啬你的赞！
9人已赞
LV.
编辑
删除
举报
#该内容仅管理员可见#
#回复内容已被删除#
#该内容正在审核#
现在还没有回复呢，说说你的想法
现在还没有回复呢，说说你的想法
LV.12019-06-14 08:33
英飞凌的品质值得信赖，虽然交期长一点，但是品质有保障。
IGO60R070D1的耐压是600V，有没有耐压更改的管子呢？
IGO60R070D1的驱动电流为20mAmax，这个是相当的小啊，值得期待！
0
设为最佳答案
置顶
编辑
删除
举报
#该内容仅管理员可见#
#回复内容已被删除#
#该内容正在审核#
LV.12019-06-14 09:48
。。。上接第1帖。。。
在电路设计中我们知道，弱电流信号往往比弱电压信号的抗干扰能力更强，所以，CoolGaN™在电源中应用会比Mosfet和Sicfet更稳定和可靠。
不过在高频开关电源的应用中，还是需要按常规做法做到驱动回路尽量短小，将驱动线路中的寄生电感降低至最小，毕竟电感会抑制电流的上升。
同时，由于CoolGaN™的导通域值比较低，所以在高DV/DT和高DI/DT电路中，还是有必要在开关瞬间加入负压关断来抑制干扰。
建议采用英飞凌推出的CoolGaN™ 专用驱动芯片1EDF5673K、1EDF5673F和1EDS5663H，其不同于传统功率MOSFET的栅极驱动IC，这个针对英飞凌CoolGaN™量身定制的栅极驱动IC可提供负输出电压，以快速关断氮化镓开关。
在开关应处于关闭状态的整个持续时间内，GaN EiceDRIVER IC可以使栅极电压稳定保持为零。
这可保护氮化镓开关不受噪音导致误接通的影响，哪怕是首脉冲，这对于开关电源实现强健运行至关重要。
氮化镓栅极驱动IC可实现恒定的GaN HEMT开关转换速率，几乎不受工作循环或开关速度影响。
这可确保运行稳健性和很高能效，大大缩短研发周期。
它集成了电隔离，可在硬开关和软开关应用中实现强健运行。
它还可在开关电源的一次侧和二次侧之间提供保护，并可根据需要在功率级与逻辑级之间提供保护。
这款就是采用英飞凌CoolGaN™ IGO60R070D1和专用驱动IC 1EDF5673K的半桥Demo。下面采用这款Demo来实测一下CoolGaN™的效果。
首先，按照英飞凌原厂的参数接入一个12uH的电感形成一个同步Buck的电源。
4个1GHz带宽的普通无源探头分别测量信号发生器输入的1.5MHz时钟信号、
经过门电路生成2路互补的PWM信号送到1EDF5673K的输入端的信号、
1EDF5673K输出给IGO60R070D1的下管驱动信号；
1个1GHz带宽的有源中压差分探头测量另1个1EDF5673K输出给IGO60R070D1上管的驱动信号；
2个200MHz的有源差分探头分别测量IGO60R070D1上下管的Vds电压波形，
1个120MHz带宽的电流探头测量电感电流。
再看看板子背面的IGO60R070D1
加上散热器再来个特写：
来看看测试波形：
1通道为信号发生器注入的1.5MHz时钟信号。
2、3通道为采用逻辑门生成的2路交错的PWM信号。
4、5通道为下管和上管的Vgs驱动电压波形。
6、7通道为下管和上管的Vds电压波形
8通道为电感电流波形。
从波形中可以看出：
1EDF5673K输出给IGO60R070D1的驱动信号是包含负压的，
而且这个负压并不是持续关断CoolGaN™的，而是等另一个管关断后会回升到0V来保持的，
这样一来，既避免因为DV/DT和DI/DT导致的干扰误动作，也进一步降低了关断维持的损耗。
所需要的驱动电压很低，而且测得的驱动信号上升沿非常快，只有7nS左右。
Vds电压可能是因为差分探头测量线长的原因，有点震荡。
将Vds测量通道的带宽限制到20MHz就很漂亮了。
另外，采用这款半桥的Demo还可以接成Boost,甚至LLC拓扑进行测试。
上图就是采用这款Demo做的开环半桥LLC电源，稳定工作频率达到了4.5MHz。
基于CoolGaN™的更高频率等你来挑战。。。
。。。下接第20帖。。。
0
设为最佳答案
置顶
编辑
删除
举报
#该内容仅管理员可见#
#回复内容已被删除#
#该内容正在审核#
LV.12019-06-14 10:46
英飞凌的品质值得信赖，虽然交期长一点，但是品质有保障。
IGO60R070D1的耐压是600V，有没有耐压更改的管子呢？
IGO60R070D1的驱动电流为20mAmax，这个是相当的小啊，值得期待！
耐压更高可以用碳化硅了，碳化硅在更高电压上还是比氮化镓有优势点。
英飞凌也有碳化硅的产品。
0
设为最佳答案
置顶
编辑
删除
举报
#该内容仅管理员可见#
#回复内容已被删除#
#该内容正在审核#
LV.12019-06-14 11:58
。。。上接第1帖。。。
在电路设计中我们知道，弱电流信号往往比弱电压信号的抗干扰能力更强，所以，CoolGaN™在电源中应用会比Mosfet和Sicfet更稳定和可靠。
不过在高频开关电源的应用中，还是需要按常规做法做到驱动回路尽量短小，将驱动线路中的寄生电感降低至最小，毕竟电感会抑制电流的上升。
同时，由于CoolGaN™的导通域值比较低，所以在高DV/DT和高DI/DT电路中，还是有必要在开关瞬间加入负压关断来抑制干扰。
建议采用英飞凌推出的CoolGaN™ 专用驱动芯片1EDF5673K、1EDF5673F和1EDS5663H，其不同于传统功率MOSFET的栅极驱动IC，这个针对英飞凌CoolGaN™量身定制的栅极驱动IC可提供负输出电压，以快速关断氮化镓开关。
在开关应处于关闭状态的整个持续时间内，GaN EiceDRIVER IC可以使栅极电压稳定保持为零。
这可保护氮化镓开关不受噪音导致误接通的影响，哪怕是首脉冲，这对于开关电源实现强健运行至关重要。
氮化镓栅极驱动IC可实现恒定的GaN HEMT开关转换速率，几乎不受工作循环或开关速度影响。
这可确保运行稳健性和很高能效，大大缩短研发周期。
它集成了电隔离，可在硬开关和软开关应用中实现强健运行。
它还可在开关电源的一次侧和二次侧之间提供保护，并可根据需要在功率级与逻辑级之间提供保护。
这款就是采用英飞凌CoolGaN™ IGO60R070D1和专用驱动IC 1EDF5673K的半桥Demo。下面采用这款Demo来实测一下CoolGaN™的效果。
首先，按照英飞凌原厂的参数接入一个12uH的电感形成一个同步Buck的电源。
4个1GHz带宽的普通无源探头分别测量信号发生器输入的1.5MHz时钟信号、
经过门电路生成2路互补的PWM信号送到1EDF5673K的输入端的信号、
1EDF5673K输出给IGO60R070D1的下管驱动信号；
1个1GHz带宽的有源中压差分探头测量另1个1EDF5673K输出给IGO60R070D1上管的驱动信号；
2个200MHz的有源差分探头分别测量IGO60R070D1上下管的Vds电压波形，
1个120MHz带宽的电流探头测量电感电流。
再看看板子背面的IGO60R070D1
加上散热器再来个特写：
来看看测试波形：
1通道为信号发生器注入的1.5MHz时钟信号。
2、3通道为采用逻辑门生成的2路交错的PWM信号。
4、5通道为下管和上管的Vgs驱动电压波形。
6、7通道为下管和上管的Vds电压波形
8通道为电感电流波形。
从波形中可以看出：
1EDF5673K输出给IGO60R070D1的驱动信号是包含负压的，
而且这个负压并不是持续关断CoolGaN™的，而是等另一个管关断后会回升到0V来保持的，
这样一来，既避免因为DV/DT和DI/DT导致的干扰误动作，也进一步降低了关断维持的损耗。
所需要的驱动电压很低，而且测得的驱动信号上升沿非常快，只有7nS左右。
Vds电压可能是因为差分探头测量线长的原因，有点震荡。
将Vds测量通道的带宽限制到20MHz就很漂亮了。
另外，采用这款半桥的Demo还可以接成Boost,甚至LLC拓扑进行测试。
上图就是采用这款Demo做的开环半桥LLC电源，稳定工作频率达到了4.5MHz。
基于CoolGaN™的更高频率等你来挑战。。。
。。。下接第20帖。。。
按照英飞凌原厂的参数接入一个12uH的电感形成一个同步Buck的电源。
4个1GHz带宽的普通无源探头分别测量信号发生器输入的1.5MHz时钟信号、
经过门电路生成2路互补的PWM信号送到1EDF5673K的输入端的信号、
1EDF5673K输出给IGO60R070D1的下管驱动信号；
1个1GHz带宽的有源中压差分探头测量另1个1EDF5673K输出给IGO60R070D1上管的驱动信号；
2个200MHz的有源差分探头分别测量IGO60R070D1上下管的Vds电压波形，
1个120MHz带宽的电流探头测量电感电流。
0
设为最佳答案
置顶
编辑
删除
举报
#该内容仅管理员可见#
#回复内容已被删除#
#该内容正在审核#
LV.12019-06-14 15:23
0
设为最佳答案
置顶
编辑
删除
举报
#该内容仅管理员可见#
#回复内容已被删除#
#该内容正在审核#
LV.12019-06-16 19:05
有没有这个板子的资料？
1
设为最佳答案
置顶
编辑
删除
举报
#该内容仅管理员可见#
#回复内容已被删除#
#该内容正在审核#
LV.12019-06-17 09:57
有没有这个板子的资料？
0
设为最佳答案
置顶
编辑
删除
举报
#该内容仅管理员可见#
#回复内容已被删除#
#该内容正在审核#
LV.12019-06-17 09:58
0
设为最佳答案
置顶
编辑
删除
举报
#该内容仅管理员可见#
#回复内容已被删除#
#该内容正在审核#
LV.12019-06-17 10:14
。。。上接第13帖。。。
再实测一下基于英飞凌CoolGaN™的无桥PFC电源：
工作条件：
输入电压：AC 85-265V 50/60HZ
输出电压：DC 390V
输出功率：2500W （低压输入时功率降额）
更多详细数据请参考英飞凌的应用文档：
从实物来看，不同于很多其他品牌的DEMO的地方，很多其他品牌DEMO在为了衬托其高功率密度时，铆足了劲的跑高频，没有做EMI方面的考虑，甚至连EMI部分的电路都直接没有，
英飞凌这款基于CoolGaN™的无桥PFC的EMI部分占据了大约1/4的空间，先来看看他的EMI的表现：
按照EN55022的标准来看，基于CoolGaN™的无桥PFC的传导表现还是非常棒的。余量完全满足相对严格的要求（6dB以上余量）。
再来看看他的效率表现：
热机1小时后，在15%负载以上效率均在99%左右，输出860W时效率高达99.48%。2510W时效率仍高达99%，损耗仅仅只有25.1W，温升不用测了的节奏。
附上电路图：
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。
1
设为最佳答案
置顶
编辑
删除
举报
#该内容仅管理员可见#
#回复内容已被删除#
#该内容正在审核#
LV.12019-06-17 12:28
。。。上接第13帖。。。
再实测一下基于英飞凌CoolGaN™的无桥PFC电源：
工作条件：
输入电压：AC 85-265V 50/60HZ
输出电压：DC 390V
输出功率：2500W （低压输入时功率降额）
更多详细数据请参考英飞凌的应用文档：
从实物来看，不同于很多其他品牌的DEMO的地方，很多其他品牌DEMO在为了衬托其高功率密度时，铆足了劲的跑高频，没有做EMI方面的考虑，甚至连EMI部分的电路都直接没有，
英飞凌这款基于CoolGaN™的无桥PFC的EMI部分占据了大约1/4的空间，先来看看他的EMI的表现：
按照EN55022的标准来看，基于CoolGaN™的无桥PFC的传导表现还是非常棒的。余量完全满足相对严格的要求（6dB以上余量）。
再来看看他的效率表现：
热机1小时后，在15%负载以上效率均在99%左右，输出860W时效率高达99.48%。2510W时效率仍高达99%，损耗仅仅只有25.1W，温升不用测了的节奏。
附上电路图：
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。
0
设为最佳答案
置顶
编辑
删除
举报
#该内容仅管理员可见#
#回复内容已被删除#
#该内容正在审核#
现在还没有回复呢，说说你的想法
换一换
2.1w
1.4w
1.7w
3.0w
1.6w
164
1、支持jpg、jpeg、png、gif，单张图片最大支持4MB
2、最短边大于128像素且小于4096像素
直播 
4243692
2460138
23
251595
说说你的看法
登录后可以回复楼主登录