GaN基MHz交错CRM-PFC转换器的性能评估

        可供GaN HEMT外延结构用于研究PFC器件研究，具体结构与参数请参考http://www.aixue13.com/gan-hemtgaodianziqianyishuaijingtiguanwaiyanpian/

        临界导通模式（CRM）升压功率因数校正（PFC）转换器因其二极管零电流开关（ZCS）关断和零电压开关（ZVS）的优点而广泛应用于离线电源中，或谷底开关，主开关的导通。通过交错两个CRM升压PFC转换器，可以显着降低输入和输出电流的纹波以及输入差模（DM）电磁干扰（EMI）滤波器的尺寸，同时可以将额定功率扩展到更高的水平。此外，可以使用分相策略来提高轻载效率。

        随着 600V 氮化镓 (GaN) 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 的出现，转换器的开关频率可提升至数 MHz。与硅 (Si) 基功率半导体器件的高频能力相比，这是一个巨大的改进。先前的研究表明，开关损耗是 MHz 频率硬开关条件下的主要损耗，而软开关对于实现高压 GaN HEMT 的高效率仍然至关重要。

        研究表明，结合高压 GaN HEMT 的 CRM PFC 转换器具有以下优点：

        1.2kW 1-3MHz GaN 基双相交错 CRM 升压 PFC 转换器被证明具有 97.3% 的满载效率和 120W/in 3功率密度；

        通过将频率提高到 1 MHz 以上，电磁干扰滤波器设计的优势非常显着。由于电磁干扰滤波器所需的转角频率达到数百 kHz，因此可以预计尺寸和重量将大幅减小；

        CRM 升压 PFC 的局限性在于整流器传导损耗和非零电压开关开关损耗占主导地位，尤其是在 MHz 频率范围内。GaN图腾柱无桥 PFC 转换器是一种很有前景的解决方案，可通过全线零电压开关扩展策略进一步提高效率。

图1 不同输入电压和不同输出功率下CRM PFC半线周期的工作频率

图2 满负载条件下双相交错 CRM PFC 转换器的原型和实验波形