




版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
Word氮化鎵GaN驅(qū)動器的PCB設(shè)計(jì)策略概要來源:(安森美)
NCP51820是一款650V、高速、半橋驅(qū)動器,能夠以高達(dá)200V/ns的dV/dt速率驅(qū)動(氮化鎵)(以下簡稱“GaN”)功率開關(guān)。只有合理設(shè)計(jì)能夠支持這種功率開關(guān)轉(zhuǎn)換的印刷電路板((PCB)),才能實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)高電壓、高頻率、快速dV/dt邊沿速率開關(guān)的全部性能優(yōu)勢。本文將簡單介紹NCP51820及利用NCP51820設(shè)計(jì)高性能GaN半橋柵極(驅(qū)動電路)的PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
NCP51820是一款全功能專用驅(qū)動器,為充分發(fā)揮高(電子)遷移率(晶體管)(HEMT)GaNFET的開關(guān)性能而設(shè)計(jì)。與擊穿電壓額定值相似的硅器件相比,制造GaNFET所使用的(芯片)尺寸更小。因此,哪怕與同類最佳的硅(MOSFET)相比,GaNFET的柵極電荷、輸出(電容)和動態(tài)導(dǎo)通電阻也大大降低。此外,GaNFET沒有PN結(jié),因此漏極-源極上沒有本征寄生體(二極管),也就沒有與第三象限操作相關(guān)的反向恢復(fù)電荷。
GaNFET非常適用于離線半橋功率拓?fù)?、無橋(PFC)和單端有源箝位拓?fù)?。這些功率級常常采用零電壓開關(guān)(ZVS),但也可以在硬開關(guān)條件下采用大約400V的電壓工作。所有這些改進(jìn)使得GaNFET能夠以MHz范圍或接近該范圍的頻率開關(guān),漏源邊沿速率高達(dá)100V/ns。能否實(shí)現(xiàn)基于GaN的功率級的最優(yōu)性能,在很大程度上取決于設(shè)計(jì)人員對寄生電路元件(如封裝電感、PCB走線電感、變壓器電容)以及元器件選擇和布局的理解。雖然硅MOSFET功率系統(tǒng)中也存在這些寄生元件,但在GaN功率解決方案中,當(dāng)受到其中存在的高dV/dt和di/dt激勵(lì)時(shí),會有更明顯的響應(yīng),因此會產(chǎn)生問題。
NCP51820的MLP無引線功率封裝(圖3)以及行業(yè)中的各種無引線GaNFET功率封裝(圖1和圖2),體現(xiàn)了為充分降低寄生電感所作的設(shè)計(jì)努力。同樣,必須特別注意PCB設(shè)計(jì)和元器件布局。為了充分發(fā)揮利用NCP51820驅(qū)動高速半橋功率拓?fù)渲惺褂玫腉aN功率開關(guān)的優(yōu)勢,有一些重要的PCB設(shè)計(jì)因素需要考慮,本白皮書將重點(diǎn)討論其中的一些重要注意事項(xiàng)。
HEMTGaN和NCP51820封裝說明
大多數(shù)GaNFET封裝包含一個(gè)專用源極開爾文返回引腳,如圖1中的“SK”所示,其作用只是為了將柵極驅(qū)動返回(電流)送回NCP51820。較高電流的漏源引腳通過多條焊線焊接到多個(gè)焊盤,不過為了簡明起見,圖1中的簡化示意圖僅顯示了一條焊線連接。NCP51820輸出和GaNFET柵源開爾文引腳之間的接口必須是直接單點(diǎn)連接,該接口特別重要,如含有源極開爾文引腳的GaNFET部分所述。
但是,并非所有GaNFET都包含一個(gè)專用源極開爾文返回引腳,例如圖2所示的示例。對于不含源極開爾文返回引腳的GaNFET,為PCB設(shè)計(jì)中的柵極驅(qū)動部分布線時(shí)必須特別注意。對于半橋功率級的開關(guān)節(jié)點(diǎn)連接,(高壓)側(cè)GaNFET的源極直接連接到低壓側(cè)GaNFET的漏極,構(gòu)成一個(gè)承載高di/dt負(fù)載電流的高dV/dt節(jié)點(diǎn)。不建議直接使用此高壓開關(guān)節(jié)點(diǎn)的柵極驅(qū)動返回引腳,如不含源極開爾文引腳的GaNFET部分所述。
圖1.含有源極開爾文返回引腳的典型GaN
圖2.不含源極開爾文返回引腳的典型GaN
NCP51820采用4x4mm無引線封裝,所有邏輯電平輸入和(編程)功能都設(shè)置在IC右側(cè),與策略性設(shè)置在IC其余三側(cè)的(電源)功能分開。基于設(shè)計(jì)策略安置引腳,以便必要時(shí)提供高壓隔離。以下PCB布局部分說明,將充分展現(xiàn)NCP51820引腳分配的優(yōu)勢。
圖3.NCP51820GaN驅(qū)動器引腳分配
PCB設(shè)計(jì)策略概要
使用GaNFET開始PCB設(shè)計(jì)時(shí),最好根據(jù)優(yōu)先級考慮整個(gè)布局,如下所列。
1.
必須采用多層(PCB設(shè)計(jì)),并且按照本文所述適當(dāng)使用接地/返回平面。高頻率、高電壓、高dV/dt和高di/dt都要求采用多層PCB設(shè)計(jì)方法。為了實(shí)現(xiàn)基于GaN的功率級的全部優(yōu)勢,接地平面必須采取適當(dāng)?shù)牟季€或設(shè)計(jì),而廉價(jià)的單層PCB設(shè)計(jì)無法做到。
2.開始時(shí),首先將對噪聲最敏感的元器件安置在NCP51820附近。VDD、VDDH和VDDL旁路電容以及VBST電容、電阻和二極管應(yīng)盡可能靠近各自的引腳。
3.
將DT電阻直接放在DT和SGND引腳之間。
4.
HO和LO、拉電流和灌電流柵極驅(qū)動電阻應(yīng)盡可能靠近GaNFET。
5.
將NCP51820和關(guān)聯(lián)的元器件移到盡可能靠近GaNFET拉電流和灌電流電阻的位置。
6.如果可能,安置GaNFET時(shí)使HO和LO柵極驅(qū)動長度盡可能匹配。為了避免高電流和高dV/dt流經(jīng)過孔,兩個(gè)GaNFET最好和NCP51820位于PCB的同一面。
7.
應(yīng)將HO和LO柵極驅(qū)動視為兩個(gè)獨(dú)立的、相互電隔離的柵極驅(qū)動電路。因此,HO和LO各自都需要專用銅觸點(diǎn)(copperland)返回平面,這些平面在第2層上,位于第1層?xùn)艠O驅(qū)動布線正下方。
電源環(huán)路、開關(guān)節(jié)點(diǎn)、柵極驅(qū)動環(huán)路的正確布線以及使用平面,對于順利完成GaNPCB設(shè)計(jì)至關(guān)重要。這部分內(nèi)容如有需求,后續(xù)可能會推送新的文章配合插圖對每一項(xiàng)加以說明。對于柵極驅(qū)動器,正確的布線和噪聲隔離將有助于減少額外的寄生環(huán)路電感、噪聲注入、振鈴、柵極振蕩和意外導(dǎo)通。目的是設(shè)計(jì)一個(gè)精心考慮了適當(dāng)接地,同時(shí)讓受控電流以最小環(huán)路距離流經(jīng)直接通路連接的高頻電源PCB。
元器件布局和布線
圖4突出顯示了NCP51820周圍的關(guān)鍵元器件布局以及與HS和LSGaNFET的接口。
圖4.NCP51820元器件布局
含有源極開爾文引腳的
GaNFET
許多GaNFET封裝包括一個(gè)專用源極開爾文引腳,用于將柵極驅(qū)動返回電流與功率開關(guān)節(jié)點(diǎn)(高壓側(cè))或電源地(低壓側(cè))出現(xiàn)的較高電流和電壓電平隔離。對于具有專用源極開爾文引腳的GaNFET,柵極驅(qū)動布線相當(dāng)簡單。(推薦)PCB布線設(shè)計(jì)示例如圖5所示,可以看到高壓側(cè)GaNFET柵極驅(qū)動返回電流與功率開關(guān)節(jié)點(diǎn)電流有效分隔。
圖5.源極開爾文GaNFET布線
不含源極開爾文引腳的
GaNFET
有些GaNFET封裝不含專用源極開爾文引腳,還必須要仔細(xì)考慮,將柵極驅(qū)動返回電流與功率開關(guān)節(jié)點(diǎn)(高壓側(cè))或電源地(低壓側(cè))出現(xiàn)的較高電流和電壓電平隔離。對于沒有專用源極開爾文引腳的GaNFET,應(yīng)從GaNFET源極接出一段額外的銅蝕刻線,其唯一作用是將柵極驅(qū)動返回電流送回NCP51820。盡管不如專用開爾文引腳連接那么有效,但這種布線技術(shù)仍然可以在柵極驅(qū)動電流和功率開關(guān)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)可接受程度的分離。推薦PCB布線設(shè)計(jì)示例如圖6所示,可以看到高壓側(cè)G
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 使用大棚安全協(xié)議書
- 煤礦醫(yī)療協(xié)議書范本
- 農(nóng)戶分家協(xié)議書格式
- 解除擔(dān)保協(xié)議書范文
- 售后噴漆外包協(xié)議書
- 門面轉(zhuǎn)讓合并協(xié)議書
- 土建大寶協(xié)議書范本
- 金地房屋認(rèn)購協(xié)議書
- 婚姻遺產(chǎn)分配協(xié)議書
- 收購債權(quán)協(xié)議書模板
- 消防更換設(shè)備方案范本
- 2024年環(huán)境影響評估試題及答案
- 【初中歷史】2024-2025學(xué)年部編版七年級下學(xué)期歷史中考復(fù)習(xí)提綱
- 《電力建設(shè)工程施工安全管理導(dǎo)則》(nbt10096-2018)
- 全過程工程咨詢投標(biāo)方案(技術(shù)方案)
- 湖南省2025屆高三九校聯(lián)盟第二次聯(lián)考?xì)v史試卷(含答案解析)
- 家具全屋定制的成本核算示例-成本實(shí)操
- 在線預(yù)訂平臺在旅行社人力資源管理中的應(yīng)用研究-深度研究
- 旅拍店合伙人協(xié)議書范本
- 七年級地理歐洲西部
- Seminar_帶SPL的安全集成
評論
0/150
提交評論