【应用】瞻芯电子CCM图腾柱PFC模拟控制芯片IVCC1102助力国产大功率氮化镓钛金电源方案
近日，珠海镓未来科技公布了一款700W智能混合信号无桥图腾柱PFC+LLC量产电源解决方案，其中两款低动态内阻Cascode氮化镓器件(G1N65R150TA、G1N65R050TB)，搭配瞻芯电子首创的CCM模式图腾柱PFC模拟控制芯片IVCC1102，实现PFC级99.1%的极致转换效率，系统总体满载效率高达96.72%， 符合80PLUS钛金能效。
瞻芯电子IVCC1102搭配第三代半导体应用发挥优势
随着第三代半导体碳化硅和氮化镓开关器件的出现，图腾柱PFC拓扑获得应用的新生。在二极管模式下，这些新功率器件具接近于零的反向恢复损耗，很适合工作在连续模式。图腾柱拓扑简单而高效，是最佳的功率因数校正（PFC）拓扑，广泛应用于铂金级电源、钛金级电源设计。
由于图腾柱PFC控制的复杂性，数字控制是目前唯一的解决方案。但在某些特殊的应用场景，如AC瞬间掉电或雷击等，数字控制的延时还是难于应付电流倒灌并保持正确控制逻辑。而且数控通常要求有高水平的软件和硬件工程师协作开发，有较大开发成本和开发时间负担。
瞻芯电子自主开发的 IVCC1102 ，不仅能缩短电源开发时间，降低开发人力和器件成本，还能克服多项控制难点，提高电源的可靠性：
1）反电流倒灌控制。带交流整流同步管的图腾柱PFC实质上是一个双向变换器。输入交流电压(AC)的瞬间下掉会导致PFC电感失去伏秒平衡而产生很大的倒灌电流。这电流不仅使PFC损失掉电保持时间（hold-up time）所需的能量，还有可能大到损坏开关管。IVCC1102 检测输入电压，采用自主专利中的固定前馈比控制技术，产生准确的PWM脉宽，完美地解决了这一控制难点。
2）平滑过零点电流控制。IVCC1102采用自主专利中的过零点控制技术，缩短过零区，同时提高过零区软启开关频率，减小电流尖峰和纹波，使电流平滑过渡。
3）兼顾低总谐波失真(THD)和快电压环控制。IVCC1102釆用自主专利中的混合控制技术，在稳态运行时，仅在AC过零点时，对输出电压采样，来消除二次谐波对THD的影响；而在动态时，输出电压反馈信号跳过采样电路，并进入非线性控制环路，来加快电压环以减小输出电压的波动，使这两难的控制得以有效地结合，提升电路的整体运行效果。
4）抗雷击破坏。由于雷击波电压上升速度快，并随机地同相或反相地叠加到AC电压上，检测电路和控制器必须快速测出输入电压极性并做相应的控制调整，否则容易损坏后级电路。IVCC1102 采用快速的模拟检测电路和固化的控制逻辑，能稳定而有效地应对这种特殊场景，减小或消除雷电波对开关管的冲击。
氮化镓用于图腾柱PFC
作为几乎完美的高功率因数电路，设计人员使用4颗MOSFET集合了整流和PFC的功能，将元器件数量减少的同时，也将整流环节效率提升。可是，传统Super Junction MOSFET管存在寄生三极管， 当DV/DT过高时，易使寄生三极管导通，引起雪崩击穿。同时Super Junction MOSFET存在体二极管反向恢复带来的直通电流和损耗问题，所以当主管在大电流快速开启的时候，副管的反向恢复电荷Qrr造成的瞬态电流能直接把MOS烧毁。
而GaNext GaN就可以完美解决以上问题。不但没有体二极管和寄生三极管，不会发生DV/DT失效模式， 而且具有其他优越的性能。在以上表中可以看到，跟SuperJunction MOSFET相比，氮化镓的Qg和输出电容都是其五分之一。GaN的Qrr是SuperJunction MOSFET的200分之一！哪怕是跟专门用于快恢复的Super Junction MOSFET相比，Qrr性能也是要好10倍以上。这意味着GaN 使得图腾柱PFC可以工作在连续电流模式提高效率的同时保持高功率密度，实现接近理想转换效率。
珠海镓未来科技采用GaN器件无桥图腾柱PFC方案，设计上去除了输入整流桥固有的Vf损耗，解决了传统PFC线路效率无法提升的问题。同时通过Cascode GaN的应用，解决图腾柱PFC MOSFET反向恢复电荷Qrr过高的只能采用CRM工作模式的问题。用具有极低等效Qrr的Cascode GaN器件，使得PFC可以工作在连续电流模式提高效率的同时也不牺牲功率密度，实现高达99.1%的转换效率。
镓未来700W GaN电源关键参数
镓未来这套700W GaN电源方案功率密度可达14.7W/in³，适合工作在0-40℃温度环境下，支持90-264V~50/60Hz全球宽范围电压输入，可在40V-56V调压输出，最大恒流13A，最大输出功率700W。满载效率≥96.72%，输出电压纹波＜300mV。
镓未来700W GaN电源整机能效对比市面上普通在售Si MOS产品，半载测试下提高了接近2%的转换效率，在满载情况下提高了接近1.3%的转换效率。节能提升了38.72%，预计可以为每台单电源设备节省80-120度电/年。
总结
镓未来科技是中国领先的氮化镓（GaN）功率器件生产企业，致力于高性能级联结构氮化镓产品的研发和生产，使用特殊的集成技术结合了硅器件的易用性和氮化镓器件的高频率高效率的特点，实现十瓦至万瓦级高功率密度电源解决方案。
瞻芯电子是中国领先的碳化硅（SiC）功率半导体和芯片解决方案提供商，2017年成立于上海临港，致力于开发碳化硅功率器件、驱动和控制芯片、碳化硅功率模块产品。瞻芯电子是中国第一家自主开发并掌握6英寸SiC MOSFET产品以及工艺平台的公司，致力于围绕碳化硅功率半导体应用，为中国新能源产业提供一站式(Turn-key)芯片解决方案。
据悉，镓未来G1N65R150TA和G1N65R050TB已经正式量产，瞻芯电子的IVCC1102已于近期量产。基于上述芯片开发的700W氮化镓器智能混合信号无桥图腾柱PFC+LLC电源量产方案，实现了80PLUS钛金能效，满载转换效率高达96.72%。
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活动 发布时间 : 2024-10-12
Product Brochure SiC Power Semiconductor and IC Solution
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