用GaN晶体管取代MOSFET,从而消除EMC

工程开发团队叫停已进入生产阶段的设计并不罕见。本例中的产品是一个3-kW标准升压模式的PFC电源,这个产品需要返工,以使其符合更严格的EMI法规。

这个生产商决定请Buro Springett的专业EMI应用顾问工程师Nigel Springett来帮助他们。Nigel的职责是想办法减少电磁干扰,以便将电源产品推广到具有更严格EMI要求的市场中。最近,我们有机会采访Nigel,了解他如何解决该工程难题、测试结果和修改建议。

 

   Nigel Springett
首席技术官: Buro Springett

 

首先,在进行EMI测量前, 需要在电源输入端串入LISN(Line Impedance Stabilization Network)LISN滤波器输出,滤除噪声的低频分量,留下高频部分进行量测。

PFC电路, 进行差模噪声测量,特别关注开关管650V SJ MOSFET周围。结果显示,噪声与MOSFET动作同步,将 MOSFET的漏极和接地的散热片断开, 证实其大部分为共模干扰。原因就是TO-247 MOSFET的漏极与接地散热片之间,其等校电容约为120 pF。当MOSFET动作时, 切换速度以20 V/ns, 通过这个寄生电容经散热片注入地回路的电流约为400 mA

发现噪声来源后,Nigel考虑了个用来降低噪声的方法。其中包括使用较厚的绝缘垫片来降低寄生电容,或采用2级输入滤波器来增加衰减。这两个方法都会增加成本,如果使用较厚的绝缘垫片会降低热传导性能。

Nigel考虑的另一个方法是找到中间电极为源极的TO-247 MOSFET。在MOSFET切换动作时, 漏极相对于源极, 其电位不变动, 所以完全消除寄生电容的电流。

Nexperia技术支持团队就替换功率晶体管进行讨论后,NigelGaN功率晶体管GaN-063-650W相当感兴趣。GaN-063-650W引脚(G-S-D)的漏极和源极,和传统TO-247MOSFET 引脚(G-D-S)配置不同,进行评估测试时,需要特别注意。

在线路参数不变的条件下, 对比EMI测试结果,MOSFET vs GaN,参见图1

1——EMI测量比较——GaNMOSFET(来源:Buro Springett

与初次测量相比,用GaN晶体管取代MOSFET这项相对简单的任务,能够在170 kHz时,使噪声降低10 dB 而且在高频段测量结果更加干净。 因为GaN晶体管中间引脚为源极(S) 没有电流经过寄生电容注入地回路。

改善了EMI的主要来源后,测试还发现了其他噪声源,对这些噪声源,可以进行最小成本改善。

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