Сегодня мы расскажем, как проходит тестирование GaN транзисторов на примере демоплаты, на которой собран полумостовой преобразователь с буферной емкостью цепи постоянного тока.
В данном варианте использовались:
- 650В E-HEMT транзисторы GaN Systems GS66508T (30 А / 50 мОм)
- Управляются GaN-транзисторы с помощью двух интегрированных драйверов затвора ACPL-P346 с оптической развязкой.
Схема на рисунке ниже показывает принцип подключения транзистора и драйвера затвора. Верхний мост использует ту же схему подключения, что и на предыдущей плате. Для получения плавающих потенциалов для питания драйверов использован изолированный DC/DC преобразователь 5В/10В специализированной серии с малой проходной емкостью.
Ради лучшей помехоустойчивости и более надежного переключения при высокой скорости коммутации и крутых фронтах напряжение 10В на выходе DC/DC разделяется на +6,2В и -3,8В при помощи стабилитрона 6,2В, "подвешивая" нулевой потенциал драйвера за выход истока GaN-транзистора.
Выход драйвера ACPL-P346 раздельный для открытия и закрытия, и представляет собой комбинацию резисторов 10 Ом (для открытия) и 2 Ом с обратным диодом для закрытия.
Тестирование оценочной платы полумостового преобразователя на базе GaN-транзисторов
Для оценочной платы GaN Systems на базе GaN-транзисторов и драйверов затвора ACPL-P346 был проведен тест на
- Крутизну фронтов
- Коммутационные потери энергии Eon/Eoff
- Эффективность
Условия тестирования:
1. Дроссель с индуктивностью 120...160 мкГн был подключен между VDC + и VSW, чтобы сформировать форсированный выброс тока для теста нижнего ключа
2. Нижний транзистор Q2 был открыт и находился в режиме насыщения. Напряжение шины, приложенное к VDC+ / VDC- составляло 400 В. Тест проводился для простой оценки характеристик переключения при высоком напряжении и токе без необходимости работы на высокой мощности.
3. Период первого импульса, приложенного к Q2, обозначен на графике как TON1, данный импульс задавал ток переключения ISW. t1 (выкл) и t2 (вкл) являются точками измерения во время переходных процессов с жестким переключением, Q2 в это время находился под воздействием высокого напряжения.
4. Тесты на скорость нарастания/спада проводились при постоянном напряжении 400 В и жестком переключении транзисторов с током переключения около 30 А.
Скорости нарастания и спада напряжения при включении и выключении Q2 (dv / dt) измерялись в точках t1 (выкл) и t2 (вкл) соответственно. Самые высокие скорости (более 110 кВ /мкс) были зафиксированы во время жесткого отключения GaN-транзистора при 400 В, 30 А.
ACPL-P346 имеет коэффициент подавления синфазного напряжения более 100 кВ / мкс.
Таким образом ACPL-P346 способен изолировать помехи dv / dt, возникающие в моменты коммутации GaN-транзистора. Результаты тестирования показывают, что высокая крутизна фронтов и скорость нарастания/спада свыше 110 кВ/мкс не влияет на работу драйвера и напряжение на затворе транзистора.
Измерение коммутационных потерь
При проведении теста на потери Eon/Eoff при переключении использовалась те же компоненты и конфигурация, что и в предыдущем тесте. Замер потерь проводится в точках открытия и закрытия GaN-транзистора, или при нулевом уровне тока.
Для расчета энергии потерь и построения графика использовалась математическая функция перемножения напряжения сток-исток VDS и тока стока IDS. В конечном итоге общая энергия потерь на переключение определялась как площадь фигуры под графиками осциллографа.
Потери энергии при отключении GaN-транзисторов составляют менее 15 мкДж независимо от тока дросселя.
Потери энергии при включении не превышают 40 мкДж при токе 15А для транзисторов обоих производителей.
Измерение КПД
Для измерения КПД в режиме жесткой коммутации GaN FET, демоплата была включена в схеме синхронного понижающего (buck) DC/DC-преобразователя.
Плата GaN Systems была задействована как DC/DC-понижающий преобразователь 400 В -> 200 В (верхний транзистор Q1 открывается для накопления тока в дросселе и закрывается для его расходования через выходной конденсатор и нижний транзистор Q2). Измерение производилось при частоте коммутации 100 кГц и комнатной температуре. Результаты замера КПД приведены на рисунке.
Преобразователь показал высокую эффективность, около 99%.
На нашем канале вы также можете прочитать статьи по этой теме:
2. Как выбрать драйвер для управления GaN-транзистором
Топовая статья по теме:
Почему GaN-транзисторы набирают популярность и заменяют решения на Si
