應用指南導讀 | 優(yōu)化HV CoolGaN?功率晶體管的PCB布局

作為寬禁帶半導體，氮化鎵（GaN）以其前所未有的速度、效率和可靠性迅速成為現代功率電子領(lǐng)域的新寵。然而，GaN器件的高速開(kāi)關(guān)行為也對PCB布局設計提出了巨大挑戰。因此想要充分發(fā)揮GaN的潛力，我們必須理解和管理PCB布局產(chǎn)生的寄生阻抗，確保電路正常、可靠地運行，并且不會(huì )引起不必要的電磁干擾（EMI）。

《優(yōu)化HV CoolGaN?功率晶體管的PCB布局》應用指南 ，主要討論了在使用高壓氮化鎵（GaN）功率晶體管時(shí)，如何通過(guò)優(yōu)化PCB布局來(lái)提升整體電氣性能和熱性能。以下是文件的核心內容提煉：

1

引言

• 高壓氮化鎵（HV CoolGaN?）晶體管：快速開(kāi)關(guān)能力給PCB布局帶來(lái)挑戰。

• PCB布局優(yōu)化目標：確保電路正確、可靠運行，避免電磁干擾（EMI）。

• 關(guān)鍵概念：理解寄生阻抗、電流流動(dòng)路徑的重要性。

2

實(shí)際問(wèn)題

• 寄生元件：包括寄生電阻、寄生電容和寄生電感，可導致電路故障、EMI、振蕩等問(wèn)題。

• 快速開(kāi)關(guān)問(wèn)題：GaN晶體管的快速開(kāi)關(guān)導致高峰值電流和dv/dt、di/dt值，增加布局挑戰。

3

半橋拓撲

• 半橋拓撲應用：電力電子領(lǐng)域廣泛應用，適合GaN晶體管。

• 強制函數概念：電流被視為強制函數，電壓變化是電流變化的效應。

4

互感和部分電感

• 電感概念：包括總電感、部分電感和互感，互感可正可負，影響總電感。

• 布局影響：PCB布局中的電流路徑和返回路徑的幾何關(guān)系決定互感大小。

5

封裝電感

• 封裝電感值：直插式封裝電感相對固定，表面貼裝封裝電感取決于布局。

• 優(yōu)化布局：通過(guò)優(yōu)化電流返回路徑降低封裝電感。

6

頂部散熱式晶體管封裝

• 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需熱通孔，降低成本，允許獨立優(yōu)化電氣布局。

• 熱界面材料：用于連接散熱器和晶體管，提供熱路徑。

7

功率回路布局選項

• 不同布局比較：包括TO-247封裝、表面貼裝TOLL布局等。

• 過(guò)電壓評估：通過(guò)估算不同布局下的過(guò)電壓，選擇合適的布局。

8

柵極驅動(dòng)布局

• 柵極驅動(dòng)回路：低阻抗設計，避免振鈴、過(guò)沖等問(wèn)題。

• 布局挑戰：優(yōu)化柵極驅動(dòng)布局與電源回路布局之間的權衡。

9

驅動(dòng)法拉第屏蔽

• 屏蔽作用：減輕柵極驅動(dòng)電路與總線(xiàn)接地平面之間的共模電容影響。

• 實(shí)施方法：在PCB背面添加地平面，隔離柵極驅動(dòng)電路與總線(xiàn)接地電容。

10

主要建議摘要

• 考慮電流流動(dòng)路徑：包括寄生元件和返回路徑。

• 優(yōu)化布局電感：利用薄電介質(zhì)PCB層，減少布局電感。

• 封裝與散熱：選擇頂部冷卻封裝，優(yōu)化電氣和熱路徑。

• 柵極驅動(dòng)布局：使用平面作為返回路徑，避免電容電流干擾。

• 保持開(kāi)關(guān)節點(diǎn)緊湊：降低電容和輻射。