1. 背景

隨著AI大數(shù)據(jù)模型的興起，對高效率、高功率密度的電源需求逐步加強。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)進步推動能源供應(yīng)性能提升。

與此相對應(yīng)的一個變化是關(guān)鍵性的半導(dǎo)體和器件已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的國產(chǎn)化率迅速提升的趨勢。寬禁帶半導(dǎo)體材料（如氮化鎵、碳化硅）的應(yīng)用顯著降低了開關(guān)損耗，同時數(shù)字控制技術(shù)的引入實現(xiàn)了精準調(diào)壓與動態(tài)響應(yīng)，進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對稱半橋LLC諧振變換器評估板項目

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

圖2、對稱半橋LLC諧振變換器拓撲及同步整流設(shè)計方案

對于LLC諧振變換器來說，其零電壓開關(guān)（ZVS）技術(shù)，能大幅降低開關(guān)損耗，實現(xiàn)高效電能轉(zhuǎn)換。通常來說可以實現(xiàn)94%以上的效率，部分產(chǎn)品甚至突破了98%的效率大關(guān)。

通常來說，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)體的開關(guān)損耗和磁性器件的鐵損

設(shè)計合格的諧振參數(shù)-影響諧振電感、諧振電容和勵磁電感等諧振參數(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-影響開關(guān)損耗、影響導(dǎo)通損耗

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

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

圖3、功率半導(dǎo)體的開關(guān)過程及其主要損耗

LLC工作在ZVS模式，其開通損耗(Turn-on Loss)可以忽略不計，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的效率。作為GaN器件設(shè)計公司，云鎵半導(dǎo)體的主要策略是應(yīng)用E mode GaN，利用GaN器件開關(guān)損耗低的特點，減小LLC的開關(guān)損耗。

云鎵半導(dǎo)體公司的4.5kW LLC評估板如下圖所示：

圖4、4.5kW LLC評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，開關(guān)損耗低，無反向恢復(fù)電荷，無寄生續(xù)流二極管。可以最大限度減少損耗并降低EMI騷擾。

3.測試結(jié)果及效率曲線

測試平臺如下圖所示：

部分測試波形和數(shù)據(jù)如下表所示：