云镓半导体发布 2kW 双向开关 (GaN BDS) 前置升压 APFC 评估板

云镓半导体

2kW 双向开关 (GaN BDS) 前置升压 APFC 评估板

CG-EVB-BDS-PFC-2KW

1.双向开关前置升压 APFC 由来

双向开关前置升压 APFC 是无桥 APFC 拓扑中的一种，从拓扑结构上来说实际就是Boost 电路的变形，只是交流输入的正负半周各自对应不同的电路，此拓扑省去了整流桥的应用。

2.Boost 型 APFC 和双向开关前置升压 APFC 的工作对比

下表所示为Boost APFC 和双向开关前置升压 APFC 的工作对比。

接下来，让我们比较一下两种APFC电路在拓扑和能耗上面的差异。

在功率器件上，双向开关前置升压 APFC 会减少一个整流二极管的损耗，因此在效率上会有所提升。

除此之外，传统的拓扑多使用Si SJ-MOS 背靠背串联来形成双向器件，GaN BDS 的出现可以大大降低元器件的成本：无需工艺调整和 MASK 变动，通过合并漂移区和漏极及双栅控制，即可实现单片集成的氮化镓双向器件（Monolithic Bi-Directional Switch, MBDS），从而有效降低芯片面积和成本，如下图器件结构所示。GaN 的双向器件极具性能和成本优势（相较于 Si/SiC 解决方案，使用 GaN BDS 方案的系统具备更少的元件数量、更小的占板面积以及更有竞争力的系统成本）。

图 1 GaN 双向器件结构图和 TOLT 封装效果图

基于GaN BDS器件，如下左图基于传统 Si-SJ MOS 的拓扑可以演变成如下右图所示。使用 GaN BDS，开关器件的数量和成本能显著降低。

图 2 (左) 基于 Si MOS 的双向开关前置升压 PFC；(右)基于 GaN BDS 的前置升压 PFC

3.云镓双向开关前置升压 APFC DEMO (CG-EVB-BDS-PFC-2KW)

下图为云镓半导体自主设计的双向开关前置升压 APFC 的电路图。

下图所示为实物照片，本评估板使用云镓自主研发的 GaN BDS 双向开关器件 CGK65090TBD，具体信息可登录云镓半导体官网下载规格书。

图 3 云镓双向开关前置升压 APFC实物照片

部分测试波形和数据如下表所示：