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2019-06-13 10:20
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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.12019-06-22 08:39
，支持英飞凌继续做大做强 首先看到测评很好，很高兴有这么好的产品，在电源网能联合英飞凌搞个样品测试活动，rang
我们能够也亲自 测测产品的产品，这样是最好的。
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LV.12019-06-22 11:08
。。。上接第20帖。。。
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%.
在看看工作在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。
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LV.12019-06-22 21:13
。。。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。。。
很看到gan器件，英飞凌测评很好，不过还是需要严格的测试，能够验证很久，各种测试，
需要长时间验证gan的可靠性，未来gan大有可为。
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LV.12019-06-22 21:23
。。。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。
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coolmos比较牛，coolgan更牛了，这个和芯片设计的一样了，散热片也可以随意设计了，这个算是mos的一个新奇设计。
英飞凌突破性的设计，会让电源设计更好。
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LV.12019-06-22 21:29
这个mos蛮不错的，测评的性能，波形，损耗都很小，不知一个芯片都可集成几个芯片，高压的时候，间距该怎么处理，
后面做一些小体积，小电压电流的coolgan，早日用在小电源上。
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LV.12019-06-23 15:30
。。。上接第20帖。。。
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%.
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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。
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LV.12019-06-23 16:49
测评非常精彩，非常有用，不知这个片子的价格如何，目前能够应用在什么场合，如果
产品能够加散热片不要绝缘片就好了，未来会不会朝这个地方发展，这样会对生产有好处。
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LV.12019-06-23 21:27
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LV.12019-06-23 21:31
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LV.12019-06-24 11:39
如果一颗在140元左右，真没多少电源用得起
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