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[试用分享] 【罗姆650V EcoGaN™ Power Stage IC评估板试用】 + 测试试用篇

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2024-1-14
发表于 2024-1-12 15:55:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 icehippo 于 2024-1-14 13:45 编辑

由于最近一直工作繁忙,没有来得及测试,现在终于开始测试了。首先我想分几步进行学习:
一、关于电源
PFC的基本工作是使电感电流呈三角波状,并控制电流使其平均值为正弦波,从而校正电压和电流的相位差。PFC的控制一般采用两种模式,一种是在电流为零的时间点进行开关的电流临界模式(BCM:Boundary Current Mode),一种是在电感连续流过电流的状态下使用的电流连续模式(CCM:Continuous Current Mode。BCM是在二极管电流变为零的时间点开关导通,所以二极管中不会流过反向恢复电流。但是,电流从零到最大值变化较大,所以电感和二极管的峰值电流将增加。咱们得开发板是BCM方式的PFC板。所以上边介绍的是这种方式的简单说明。电路板采用了一颗BD7695FJ器件,Power Factor Correction Controller IC,当然这颗芯片也是罗姆公司自己的。
①引脚定义:

PFC芯片引脚定义

PFC芯片引脚定义



②功能框图:

PFC芯片功能框图

PFC芯片功能框图



③连接电路:

PFC芯片电路连接

PFC芯片电路连接


实际上咱们得氮化镓HEMT芯片就是代替上边连接电路的mos管的。
二、关于bm3g007muv-lb-e
上边介绍了咱们需要测试的电路板需要用到的控制芯片,但是他不是今天的主角,今天的主角是bm3g007muv-lb-e,是一颗650V的氮化镓HEMT芯片。
①他的关键指标如下:

氮化镓HEMT的关键指标

氮化镓HEMT的关键指标

应用框图如下,对于AC-DC开关电源来说,其主要的作用就是开关作用。对AC-DC开关电源的电压输出稳定、简化电路设计和提高可靠性都起到至关重要的作用。

氮化镓HEMT的应用电路

氮化镓HEMT的应用电路

③引脚定义如下图,其散热很重要,因为开关频率很高。简单的来看,其实就是S和D,还有IN,也就是栅极驱动输入,所以简单抽象的看,是不是和MOS管的功能很像。

氮化镓HEMT的引脚定义

氮化镓HEMT的引脚定义


④特点,他是功能是代替MOS管,基本功能理解上是MOS管的功能,但是罗姆赋予了他其他的功能,使其变得更易用。1)该IC集成了增强模式(常关)GaN器件。增强型GaN器件具有比共源共栅更小的寄生电感和更小的开关损耗串联连接耗尽型(常通)GaN器件和Si MOSFET的拓扑结构,因为级联拓扑在耗尽型GaN器件和Si-MOSFET之间具有附加的寄生电感。这些特性在物理上提供了先进的交换性能,这一点非常重要,尤其是在大电流的应用场合。
2)可调节的门限和驱动电压。
3)集成了一个可选择的LDO调节器,输出电压为5V。很有特色。相当于一个带了LDO的MOS。
4)可以直接使用大多数通用MCU或ACDC控制器的输出作为IN引脚的输入信号。
5)通常,在效率和EMI之间存在折衷。较高的开关转换速率降低了开关损耗另一方面,它也增加了开关噪声。通过调节RSR引脚和GND引脚之间的电阻器RSR,可以自由选择导通转换速率SRON。
6)IC具有内部调节器和一些保护电路。这样使用起来更智能更安全一些。

⑤电气参数
漏极电压最大支持650V,供电的范围是15V,栅极驱动的电压是5V,温度范围可以满足工业级以上的水平。

氮化镓HEMT的电气参数

氮化镓HEMT的电气参数

⑥典型应用,可以用于PFC转换器、反激式转换器、LLC谐振变换器。

PFC转换器

PFC转换器

反激式转换器

反激式转换器

LLC谐振变换器

LLC谐振变换器



三、实测BM3G007MUV-EVK-002电路板
上边说了很多,介绍了电源、通过官方手册进行介绍了芯片,描述了半天,都还没开始测试。
测试之前,先了解一下准备的条件和连接的方案。
1、操作步骤
①交流电源输入90至264V的AC,超过1000 W
②电子负载容量0.6A,支持输入电压500 V
③需要用万用表
④需要用功率计
⑤需要连接一个负载
2、连接方法
①交流电源预设范围90至264V的AC,输出开关关闭。
②电子负载设置在0.6A以下,负载开关关闭。
③参考板连接到测量设备和电源,如图
④交流电源开关打开。
⑤检查输出电压是否为400V。
⑥电子负载开关打开。
⑦由于输出电压为400V,操作时应足够小心,以免触电。上述的测试需要用到交流电源、万用表、功率计、还有就是负载。

上边说的很多,其实连接方式很简单,接上实验室的市电,测试输入的功率,接上负载,并且测量输出的电压和监测输出的功率。测试前才发现自己公司的电子负载不支持400V,是只能最大支持150V的电子负载。并且也没找到古老的滑动变阻器。所以只能空载或者轻载测量了。

150V电子负载

150V电子负载



电路板图

电路板图

真正的电路板上并没有标识出输入电源的火线和零线和安全地。但是其介绍文档原理图中,给出了标识。如下图所示:
连接保险丝的是L火线,另外一个是N零线。

开发板电路图

开发板电路图

我们电路板上的罗姆小电路板,一个连接了四个引脚,分别是VCC,GATE,D, 和S

小模块的连接

小模块的连接

整个小模块是通过焊针焊接上去的。

小模块电路板

小模块电路板


输入的接线,直接220的AC电源:我这里接上一个插头,因为没接负载,所以也没办法测试输入输出的工作效率,所以没有接功率计。

开发板接电

开发板接电


输入电压的测量:可以考到测试的输入电压是AC电源220V左右,239V AC。

电源输入的测试

电源输入的测试


输出电压的测量:输出的电压是最终需要的电源,通过PFC的作用,其输出的电压为直流400V左右,实测直流398.7V。按照开发板的说明,其输出电流最大600ma,整个输出功率是240W,这个目前手上没有适配的直流电机,电子负载的适配范围不合适,又没找到合适的电阻或者滑动变阻器。所以这里测试的电压是空载状态下的电压。

电源输出的测试

电源输出的测试


LDO5V的测试,我们这里直接测试C2这里可以测到:这里应该没有用到这个LDO输出,其输出的电压值还是和标称一致的。5.0V

LDO的测试

LDO的测试


给GaN小模块VCC的供电测试:可以看出其电压供电是22V左右。电气特性的电压范围是6.25-30V,典型值是15V,所以这里供电是没有问题的。

VCC输入的测试

VCC输入的测试



给GaN小模块的D的测试,这里这么测试是都有问题,需要商榷。因为G是不停地控制的。

漏记D的测试

漏记D的测试


断电后,没有负载的情况下,其输出的电压还是有点大的,要一会才能降下去,所以断电后应该也挺危险的。看那个红色的胖电容。

断电后测试1

断电后测试1


电压是一点点的往下降低的,所以不要去碰他。

断电后测试2

断电后测试2




四、测试总结与收获
很遗憾是电子负载没能用上,电压输入范围和这个模块输出不符,不然可以调节负载的大小,看模块的输出情况。
所以只从简单的几个角度测试了他的电压值。
但是觉得收货挺大,从他的整个手册和开发板的手册学习。现阶段我们已经在手机上用上了快充,手机上快充比如65W或者更高的120W。这些都归功于GAN半导体的发展。
随着新能源汽车的发展,各种快充技术也层出不求,现阶段已经做到了800V直流快充,给麒麟电池充电。在高电压、大电流的加持下,改变了生活和出行方式。
我们这里罗姆的产品,是应用在,二次电源,白色加电、工业电源、服务器电源等多个领域,比如说:氮化镓GaN也开始尝试在台式机的电源供应器上使用,并带来了较大的功率,典型的产品就是华硕ROG玩家国度的雷神,最高可提供1600W的功率输出,可以说直接带两个RTX 4080都没问题。这就体现出了技术变革的重要性。罗姆的产品对于应用电源的改变,将起到推动作用。所开发的GaN HEMT进一步提高功率密度,提高工作效率,降低热量产生,非常适合,我们后期的使用和开发可以尝试一下。遗憾没能测试下边的内容:
①、测试输入输出的工作效率
22.png
②、输出的最大带载能力
23.png
③、G级的开关频率
④、带载情况下,小模块GAN的温升水平
⑤、模块的上电时序 24.png
⑥、不同温度下的导通电阻,不同电流下的导通电阻
25.png


罗姆:

业务

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