世平基于安森美半導(dǎo)體 NCP51820 650V Hi-Low Side GaN MOS Driver 應(yīng)用于小型化工業(yè)電源供應(yīng)器方案

安森美GAN_Fet驅(qū)動(dòng)方案(NCP51820)。

數(shù)十年來，硅來料一直統(tǒng)治著電晶體世界。但這個(gè)狀況在發(fā)現(xiàn)了砷化鎵（GaAs）和砷化鎵、磷（GaAsP）等不同特性的材料后,已經(jīng)逐漸開始改變。由開發(fā)了由兩種或三種材料制成的化合物半導(dǎo)體，它們具有獨(dú)特的優(yōu)勢和優(yōu)越的特性。但問題在于化合物半導(dǎo)體更難制造且更昂貴。雖然它們比硅具有明顯的優(yōu)勢。作為解決方案出現(xiàn)的兩個(gè)化合物半導(dǎo)體器件是氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）功率電晶體。這些器件可與壽命長的硅功率LDMOS MOSFET和超結(jié)MOSFET競爭。GaN和SiC器件在某些方面相似，可以幫助您為下一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)做出決定。 

氮化鎵(GaN)是最接近理想的半導(dǎo)體開關(guān)的器件，能夠以非常高的效能和高功率密度來實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換。其效能高于當(dāng)今的硅基方案，輕松超過服務(wù)器和云資料中心最嚴(yán)格的80+規(guī)范或 USB PD 外部適配器的歐盟行為準(zhǔn)則 Tier 2標(biāo)準(zhǔn)。雖然舊的硅基開關(guān)技術(shù)聲稱性能接近理想，可快速、低損耗開關(guān)，但GaN器件更接近這些需求及應(yīng)用。不過GaN元件在某些方面又不如舊的硅技術(shù)強(qiáng)固，因此需謹(jǐn)慎應(yīng)用，為了充分發(fā)揮該技術(shù)的潛在優(yōu)勢，外部驅(qū)動(dòng)電路必須與 GaN 器件匹配顯得極為重要。對(duì)于給予正確的閘極驅(qū)動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)最佳性能和可靠性。本文著眼于這些問題，給出一個(gè)驅(qū)動(dòng)器方案，解決設(shè)計(jì)過程的風(fēng)險(xiǎn)。

 GaN驅(qū)動(dòng)器對(duì)性能至關(guān)重要，驅(qū)動(dòng)器使驅(qū)動(dòng)電壓保持在電壓最大限值內(nèi)并不是唯一的要求。對(duì)于快速開關(guān)，雖然 GaN 也有閘極電容的特性，但在閘極的有效串聯(lián)電阻和驅(qū)動(dòng)器中功率被耗散。因此，使電壓擺幅保持最小很重要，特別是在頻率很高的情況下。通常，對(duì)于 GaN 來說，Qg約是幾nC，約是類似Si_Mos的十分之一-這也是 GaN 能夠如此快速開關(guān)的原因之一。GaN 元件是由電荷控制的，因此對(duì)于nS等級(jí)的開關(guān)速度，必須由驅(qū)動(dòng)器快速提供并同時(shí)保持精確穩(wěn)定的電壓。理論上，GaN 器件在 VGS = 0安全關(guān)斷，但在現(xiàn)實(shí)世界中，即使是最好的門極驅(qū)動(dòng)器，直接施加到門極的電壓也不可能是0V。在閘極驅(qū)動(dòng)回路中的任何串聯(lián)電感L都會(huì)對(duì)閘極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生相反的電壓，這會(huì)導(dǎo)致GAN元件的假開關(guān)動(dòng)作。一種解決方案是提供一個(gè)負(fù)門極關(guān)斷電壓，可能-2或-3V，但這使門極驅(qū)動(dòng)電路更加復(fù)雜。

在所有應(yīng)用中，layout是成功的關(guān)鍵。下圖顯示了一個(gè)采用安森美半導(dǎo)體的 NCP51820的示例 layout布局，微型化并匹配門驅(qū)動(dòng)回路。GaN 器件和驅(qū)動(dòng)器被置于PCB同側(cè)，通過適當(dāng)?shù)厥褂媒拥?返回面來避免大電流通孔。

?場景應(yīng)用圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?NCP51820標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)線路

?核心技術(shù)優(yōu)勢

· NCP51820

NCP51820高速柵極驅(qū)動(dòng)器用于滿足嚴(yán)格的驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模式（e-mode），高電子遷移率電晶體（HEMT）和柵極注入電晶體（GIT），氮化鎵（GaN）電源開關(guān)的要求。

NCP51820通過先進(jìn)的技術(shù)提供短而匹配的傳播延遲，為高端驅(qū)動(dòng)器提供?3.5 V至+650 V（典型值）共模電壓范圍，為低端驅(qū)動(dòng)器提供?3.5 V至+3.5 V共模電壓范圍驅(qū)動(dòng)能力。

此外，該器件還為高速開關(guān)應(yīng)用中的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)提供高達(dá)200 V / ns的穩(wěn)定dV / dt操作。 為了充分保護(hù)GaN功率電晶體的柵極免受過大的電壓應(yīng)力，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)級(jí)均采用專用的電壓調(diào)節(jié)器來精確維持柵極-源極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度。

該電路可主動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的偏置軌，從而在各種工作條件下防止?jié)撛诘臇旁催^電壓。

NCP51820提供重要的保護(hù)功能，例如獨(dú)立的欠壓鎖定（UVLO），監(jiān)視VDD偏置電壓以及VDDH和VDDL驅(qū)動(dòng)器偏置以及基于器件裸片結(jié)溫的熱關(guān)斷功能。

可程式設(shè)計(jì)死區(qū)時(shí)間控制可以配置為防止交叉?zhèn)鲗?dǎo)。

· NCP1616

NCP1616是一款高壓PFC控制器，旨在基于創(chuàng)新的電流控制頻率折返（CCFF）方法來驅(qū)動(dòng)PFC升壓級(jí)。在這種模式下，當(dāng)電感器電流超過可程式設(shè)計(jì)值時(shí)，電路將以臨界導(dǎo)通模式（CrM）工作。當(dāng)電流低于此預(yù)設(shè)水準(zhǔn)時(shí)，NCP1616在正弦過零處將頻率線性衰減至最低約26 kHz。CCFF使額定負(fù)載和輕負(fù)載下的效率最大化。特別地，待機(jī)損耗被減小到最小。即使降低了開關(guān)頻率，創(chuàng)新的電路也允許接近?單位的功率因數(shù)。

集成的高壓啟動(dòng)電路消除了對(duì)外部啟動(dòng)元件的需求，并且在正常工作期間功耗可忽略不計(jì)。NCP1616封裝在SOIC-9封裝中，具有堅(jiān)固，緊湊的PFC級(jí)所需的功能，幾乎不需要外部元件。

· NCP13992

NCP13992是用于半橋諧振轉(zhuǎn)換器的高性能電流模式控制器。該控制器實(shí)現(xiàn)600 V柵極驅(qū)動(dòng)器，簡化了布局并減少了外部組件數(shù)量。在需要PFC前級(jí)的應(yīng)用中，NCP13992偵測PFC Vbulk電壓的腳位，可控制IC在特定的電壓范圍內(nèi)工作。當(dāng)電壓變化超過設(shè)定,會(huì)觸發(fā)Brown?out保護(hù)。在空載運(yùn)行期間NCP13992具有讓PFC和LLC共用電阻分壓器的方法，共用大容量電阻分壓器，進(jìn)一步降低空載的功率損耗。NCP13992提供了一系列保護(hù)功能，可在任何應(yīng)用中安全運(yùn)

?方案規(guī)格

· 輸入電源:90 – 265 V

· 輸出電源:19 V/ 18 A max(RMS)

· Efficiency:95%Load(230Vac), 0% Load<150 mW @ 230 Vrms