云鎵半導體

2kW 雙向開關 (GaN BDS) 前置升壓 APFC 評估板

CG-EVB-BDS-PFC-2KW

1.雙向開關前置升壓 APFC 由來

雙向開關前置升壓 APFC 是無橋 APFC 拓撲中的一種，從拓撲結構上來說實際就是Boost 電路的變形，只是交流輸入的正負半周各自對應不同的電路，此拓撲省去了整流橋的應用。

2.Boost 型 APFC 和雙向開關前置升壓 APFC 的工作對比

下表所示為Boost APFC 和雙向開關前置升壓 APFC 的工作對比。

接下來，讓我們比較一下兩種APFC電路在拓撲和能耗上面的差異。

在功率器件上，雙向開關前置升壓 APFC 會減少一個整流二極管的損耗，因此在效率上會有所提升。

除此之外，傳統的拓撲多使用Si SJ-MOS 背靠背串聯來形成雙向器件，GaN BDS 的出現可以大大降低元器件的成本：無需工藝調整和 MASK 變動，通過合并漂移區和漏極及雙柵控制，即可實現單片集成的氮化鎵雙向器件（Monolithic Bi-Directional Switch, MBDS），從而有效降低芯片面積和成本，如下圖器件結構所示。GaN 的雙向器件極具性能和成本優勢（相較于 Si/SiC 解決方案，使用 GaN BDS 方案的系統具備更少的元件數量、更小的占板面積以及更有競爭力的系統成本）。

圖 1 GaN 雙向器件結構圖和 TOLT 封裝效果圖

基于GaN BDS器件，如下左圖基于傳統 Si-SJ MOS 的拓撲可以演變成如下右圖所示。使用 GaN BDS，開關器件的數量和成本能顯著降低。

圖 2 (左) 基于 Si MOS 的雙向開關前置升壓 PFC；(右)基于 GaN BDS 的前置升壓 PFC

3.云鎵雙向開關前置升壓 APFC DEMO (CG-EVB-BDS-PFC-2KW)

下圖為云鎵半導體自主設計的雙向開關前置升壓 APFC 的電路圖。

下圖所示為實物照片，本評估板使用云鎵自主研發的 GaN BDS 雙向開關器件 CGK65090TBD，具體信息可登錄云鎵半導體官網下載規格書。

圖 3 云鎵雙向開關前置升壓 APFC實物照片

部分測試波形和數據如下表所示：