前言

現階段的大多數 GaN 電源系統都是由多個(gè)芯片組成。GaN 器件在電路板上組裝前采用分立式的元件組裝會(huì )產(chǎn)生寄生電感，從而影響器件的性能。例如驅動(dòng)器會(huì )在單獨的芯片上帶有驅動(dòng)器的分立晶體管，受到驅動(dòng)器輸出級和晶體管輸入之間以及半橋開(kāi)關(guān)節點(diǎn)之間的寄生電感的影響，同時(shí)GaN HEMT 具有非常高的開(kāi)關(guān)速度，如果寄生電感未被抑制，將會(huì )導致信號傳輸的波動(dòng)。

近日，納芯微推出了兩款全新的GaN相關(guān)產(chǎn)品，分別是GaN驅動(dòng)NSD2621，一顆高壓半橋柵極驅動(dòng)芯片，專(zhuān)門(mén)用于驅動(dòng)E?mode（增強型）GaN 開(kāi)關(guān)管；集成化的Power Stage產(chǎn)品NSG65N15K，內部集成了高壓半橋驅動(dòng)器和兩顆650V耐壓的GaN開(kāi)關(guān)管。均可廣泛適用于快充、儲能、服務(wù)器電源等多種GaN應用場(chǎng)景。

半橋驅動(dòng)芯片NSD2621的亮點(diǎn)

NSD2621將隔離技術(shù)應用于高壓半橋驅動(dòng)，使得共模瞬變抗擾度更高，可以耐受700V的負壓，有效提升了系統的可靠性。解決了GaN應用橋臂中點(diǎn)SW引腳的共模瞬變和負壓尖峰問(wèn)題。上下管的驅動(dòng)輸出都集成了內部穩壓器LDO，可以有效抑制VDD或BST引入的高頻干擾，有利于保持柵極驅動(dòng)信號幅值穩定，保護GaN開(kāi)關(guān)管柵級免受過(guò)壓應力的影響。

由于GaN器件可以實(shí)現反向導通，替代了普通MOSFET體二極管的續流作用，但是一旦負載電流過(guò)大會(huì )出現高反向導通壓降，造成較大的傳輸損耗，降低了系統效率，所以NSD2621內置20ns~100ns可調的硬件死區時(shí)間，可以有效避免發(fā)生橋臂直通的情況，橋臂直通是指兩個(gè)串聯(lián)的電力電子開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導通，如果兩端有電壓，將導致直流電源短路，損壞橋臂功率器件。

如上圖所示，CH1為上管驅動(dòng)輸入 ，CH2為下管驅動(dòng)輸入，CH3為上管驅動(dòng)輸出，CH4為下管驅動(dòng)輸出。一開(kāi)始當上管和下管驅動(dòng)輸入都為高電平時(shí)，為避免橋臂直通，上下管驅動(dòng)輸出都為低電平；當下管驅動(dòng)輸入變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過(guò)30ns的傳輸延時(shí)和內置20ns的死區時(shí)間后，上管驅動(dòng)輸出變?yōu)楦唠娖健?br/>

NSD2621產(chǎn)品特性和功能一覽圖。

NSG65N15K產(chǎn)品特性

為進(jìn)一步發(fā)揮GaN高頻、高速的特性?xún)?yōu)勢，納芯微同時(shí)推出了集成化的Power Stage產(chǎn)品NSG65N15K，內部集成了半橋驅動(dòng)器NSD2621和兩顆耐壓650V、導阻電阻150mΩ的GaN開(kāi)關(guān)管，工作電流可達20A。NSG65N15K內部還集成了自舉二極管，并且內置可調死區時(shí)間、欠壓保護、過(guò)溫保護功能，可以用于圖騰柱PFC、ACF和LLC等半橋或全橋拓撲。

1. NSG65N15K用一顆器件取代驅動(dòng)器和兩顆開(kāi)關(guān)管組成的半橋，有效減少元件數量和布板面積。NSG65N15K是9*9mm的QFN封裝，相比傳統分立方案的兩顆5*6mm DFN封裝的GaN開(kāi)關(guān)管加上一顆4*4mm QFN封裝的高壓半橋驅動(dòng)，加上外圍元件，總布板面積可以減小40%以上，從而有效提高電源的功率密度。同時(shí)，NSG65N15K的走線(xiàn)更方便PCB布局，有利于實(shí)現簡(jiǎn)潔快速的方案設計。

傳統分立方案引入寄生電感

2. NSG65N15K的合封設計有助于減小驅動(dòng)和開(kāi)關(guān)管之間的寄生電感，簡(jiǎn)化系統設計并提高可靠性。如上圖所示，傳統的分立器件方案，會(huì )引入由于PCB走線(xiàn)造成的柵極環(huán)路電感Lg_pcb和由于GaN內部打線(xiàn)造成的共源極電感Lcs。

其中，柵極環(huán)路電感Lg_pcb會(huì )在柵極電壓開(kāi)通或關(guān)斷過(guò)程產(chǎn)生振鈴，如果振鈴超出GaN的柵源電壓范圍，容易造成柵極擊穿；并且在上管開(kāi)通過(guò)程中，高dv/dt產(chǎn)生的米勒電流會(huì )在下管的Lg_pcb上產(chǎn)生正向壓降，有可能造成GaN的柵極電壓大于開(kāi)啟電壓，從而誤導通。而共源極電感Lcs造成的影響，主要是會(huì )限制GaN電流的di/dt，增加額外的開(kāi)關(guān)損耗；此外，在GaN開(kāi)通過(guò)程電流增大，由于di/dt會(huì )在Lcs上產(chǎn)生正向壓降，降低了GaN的實(shí)際柵極電壓，增大了開(kāi)通損耗。

NSG65N15K減小雜散電感的影響。

如上圖所示，NSG65N15K通過(guò)將驅動(dòng)器和GaN合封在一起，消除了共源極電感Lcs，并且將柵極回路電感Lg也降到最小，避免了雜散電感的影響，可以有效地提高系統效率與可靠性。

充電頭網(wǎng)總結

納芯微發(fā)布的2款新品中的NSG65N15K，將半橋驅動(dòng)器NSD2621和 HEMT 集成在同一芯片上將有效減少寄生效應和達到 GaN 卓越開(kāi)關(guān)速度的最大化利用，其內置的兩個(gè)晶體管之間死區時(shí)間控制加上高集成度的芯片電路，可以有效減少寄生效應和電路發(fā)生短路的情況，最終提高電源的功率密度和轉化效率?？蓮V泛適用于快充、儲能、服務(wù)器電源等多種GaN應用場(chǎng)景，可以為汽車(chē)、工業(yè)、消費電子、信息通訊等領(lǐng)域提供完整的解決方案。

如果產(chǎn)品設計要求需要更高的能效、轉換效率和更好的溫控表現等，可以在產(chǎn)品中加入DrMos技術(shù)。DrMos 技術(shù)是推出了很久的一種服務(wù)器主板節能技術(shù)，擁有超低電源反應時(shí)間和低阻抗特性，在主板高負荷運作時(shí)，能夠大幅提升整體效能，擁有比傳統主板更高的用電效率，同時(shí)帶來(lái)更低的熱量產(chǎn)生，更高的系統穩定性，可以擴展出更多的應用場(chǎng)景。