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2019-06-13 10:20
LV.3 3.1w
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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！
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LV.
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LV.12019-06-18 10:44
。。。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。
，支持英飞凌继续做大做强
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LV.12019-06-18 10:50
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LV.12019-06-18 11:01
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LV.12019-06-18 11:06
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LV.12019-06-18 11:21
。。。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。
非常棒的贴子,从第一贴看到第十三贴又到二十贴，看了两遍，总体上已经明白了，性能参数确实比较优秀，也有些手痒，不过现在没有合适的项目也没有时间，已经记在小本本上了，以后有合适的机会一定要弄个玩玩。支持英飞凌，也祝英飞凌越做越好！
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LV.12019-06-18 11:49
这效率高的有点不敢想像了。
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LV.12019-06-18 11:50
。。。上接第13帖。。。
再实测一下基于英飞凌CoolGaN™的无桥PFC电源：
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输出电压：DC 390V
输出功率：2500W （低压输入时功率降额）
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LV.12019-06-18 11:55
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LV.12019-06-18 12:40
氮化镓功率管对我很重要，作为一名电源硬件工程师我经常使用电力电子开关器件，我是研究逆变器的，在做实验的过程中我经常会用到Mosfei IGBT等开关器件，对这些开关器件的选型很重要，要满足驱动电压 频率
电流等要求， 英飞凌的氮化镓功率管器件性能优良，开关速度快，带宽高，驱动效果良好，可以很好地避免死区，提升了电压利用率。
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LV.12019-06-18 12:44
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