1. 背景

隨著AI大數(shù)據(jù)模型的興起，對(duì)高效率、高功率密度的電源需求逐步加強(qiáng)。世界能源短缺的加劇導(dǎo)致了其他領(lǐng)域?qū)﹄娫吹母咝市枨?，各產(chǎn)業(yè)迫切希望技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)能源供應(yīng)性能提升。

與此相對(duì)應(yīng)的一個(gè)變化是關(guān)鍵性的半導(dǎo)體和器件已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的國(guó)產(chǎn)化率迅速提升的趨勢(shì)。寬禁帶半導(dǎo)體材料（如氮化鎵、碳化硅）的應(yīng)用顯著降低了開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)數(shù)字控制技術(shù)的引入實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)調(diào)壓與動(dòng)態(tài)響應(yīng)，進(jìn)一步提高了電源的性能和可靠性。

常州云鎵半導(dǎo)體公司作為新興國(guó)產(chǎn)寬禁帶半導(dǎo)體公司也推出了一系列E mode GaN功率器件，見(jiàn)下圖所示：

圖1、常州云鎵半導(dǎo)體公司的650V/700V E mode GaN產(chǎn)品系列（部分）

2、4.5kW對(duì)稱半橋LLC諧振變換器評(píng)估板項(xiàng)目

應(yīng)客戶的需求，云鎵半導(dǎo)體結(jié)合公司的產(chǎn)品安排了本次評(píng)估板項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。為了在提升效率的基礎(chǔ)上，盡量減少項(xiàng)目難度，本次項(xiàng)目采用了對(duì)稱半橋LLC諧振變換器拓?fù)?，如下圖所示：

圖2、對(duì)稱半橋LLC諧振變換器拓?fù)浼?a target="_blank">同步整流設(shè)計(jì)方案

對(duì)于LLC諧振變換器來(lái)說(shuō)，其零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）技術(shù)，能大幅降低開(kāi)關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)高效電能轉(zhuǎn)換。通常來(lái)說(shuō)可以實(shí)現(xiàn)94%以上的效率，部分產(chǎn)品甚至突破了98%的效率大關(guān)。

通常來(lái)說(shuō)，提升LLC效率的主要措施是：

選擇合中的工作頻率-影響功率半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)損耗和磁性器件的鐵損

設(shè)計(jì)合格的諧振參數(shù)-影響諧振電感、諧振電容和勵(lì)磁電感等諧振參數(shù)

采取合理的控制策略-影響電源工作狀態(tài)，影響工作效率

引入合適的功率器件-影響開(kāi)關(guān)損耗、影響導(dǎo)通損耗

那么，可否對(duì)目前的功率半導(dǎo)體定一個(gè)小目標(biāo)，SJ Mosfet、IGBT、SiC Mosfet和GaN哪一種能夠幫助LLC實(shí)現(xiàn)99%以上的效率呢？

功率半導(dǎo)體的損耗一般分為開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗兩部分，見(jiàn)下圖所示：

圖3、功率半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)過(guò)程及其主要損耗

LLC工作在ZVS模式，其開(kāi)通損耗(Turn-on Loss)可以忽略不計(jì)，如果能夠盡量減少關(guān)斷損耗(Turn-off Loss)，就可以有效提升整機(jī)的效率。作為GaN器件設(shè)計(jì)公司，云鎵半導(dǎo)體的主要策略是應(yīng)用E mode GaN，利用GaN器件開(kāi)關(guān)損耗低的特點(diǎn)，減小LLC的開(kāi)關(guān)損耗。

云鎵半導(dǎo)體公司的4.5kW LLC評(píng)估板如下圖所示：

圖4、4.5kW LLC評(píng)估板及其主要組成部分

云鎵半導(dǎo)體公司采用的E mode GaN的主要性能參數(shù)見(jiàn)下圖：

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圖5、CG65030TBD的封裝及主要性能參數(shù)

E mode GaN作為常關(guān)型功率半導(dǎo)體，高頻性能優(yōu)越，開(kāi)關(guān)損耗低，無(wú)反向恢復(fù)電荷，無(wú)寄生續(xù)流二極管。可以最大限度減少損耗并降低EMI騷擾。

3.測(cè)試結(jié)果及效率曲線

測(cè)試平臺(tái)如下圖所示：

部分測(cè)試波形和數(shù)據(jù)如下表所示：