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Le module de FET de GaN de Moitié-Pont vient dans QFN

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Un QFN loge des 80 V, 10 une étape de puissance de moitié-pont de FET de GaN et son conducteur associé de porte.

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Texas Instruments a emballé deux FETs de GaN et un conducteur à haute fréquence de porte dans une configuration de moitié-pont qui produit des 80 V, 10 A. L'étape de la puissance LMG5200 (fig. technologie du conditionnement avancée de multichip de dispositifs de 1) et est optimisée pour soutenir des topologies de conversion de puissance actionnant aux fréquences jusqu'à 5 mégahertz. Les entrées LMG5200 sont TTL-compatibles, et peuvent résister à jusqu'à 14 V indépendamment de VCC. Le tableau 1 décrit les raccordements de goupille LMG5200.

Le LMG5200 est une étape complète et fiable de puissance, se composant d'un conducteur et d'un FET de GaN de puissance optimisés par exécution. Tous les dispositifs sont montés sur une plate-forme complètement coller-fil-libre de paquet avec les éléments parasites réduits au minimum de paquet. Les considérations spéciales pendant la conception de paquet s'assurent que l'inductance de source commune, l'inductance de boucle de porte et l'inductance de boucle de puissance sont sensiblement réduites.

Cette étape de puissance de GaN de moitié-pont intègre deux, 18 m ? Les FETs de GaN avec le haut-côté et le bas-côté déclenchent des conducteurs. Y compris la porte le conducteur dans le module améliore l'efficacité de puissance-étape en réduisant des inductances parasites dans le critique porte-conduisent la boucle. En outre, des retards de propagation entre le haut-côté et les conducteurs de porte de bas-côté sont assortis pour permettre la commande très serrée du temps mort. Pour maintenir le rendement élevé, le temps mort de contrôle est critique dans des applications GaN-basées. Vous pouvez indépendamment commander des entrées de HI et de LI pour réduire au minimum la troisième conduction de quart de cercle du FET de bas-côté pour les convertisseurs commutés durs de mâle. Une disparité très petite de propagation entre le HI et le LI aux conducteurs pour les seuils en baisse et de montées tient compte des périodes mortes dans la gamme de 10 NS. le Co-empaquetage du moitié-pont de FET de GaN avec le conducteur de porte réduit au minimum l'inductance de source commune cette des topologies dur commutées d'impacts.

Un circuit de circuit fermé avec la bride empêche la commande de porte de haut-côté de dépasser la tension maximum de porte-à-source de FETs de GaN (VGS) sans n'importe quels circuits externes additionnels. Le conducteur de porte a un verrouillage de sousvoltage (UVLO) sur le VCC et les rails du circuit fermé (HB-HS). Quand la tension est au-dessous de la tension de seuil d'UVLO, le dispositif ignore les signaux de HI et de LI pour empêcher les FETs de GaN d'être partiellement allumé. Au-dessous d'UVLO, s'il y a la tension suffisante (VCC > 2.5 V), le conducteur tire activement le conducteur de haut-côté et de porte de bas-côté produit le bas. L'hystérésis de seuil d'UVLO de 200 système mv empêche vibrer et mise en fonction non désirée dues aux pointes de tension.

Pour simplifier la fabrication, le LMG5200 ? s 6 millimètres par 8 le paquet du millimètre QFN n'exige aucun underfill, parfois employé pour rencontrer des requirments de panne d'ascension. Le plus, son empreinte de pas réduite augmente l'adoption des conceptions de puissance de GaN dans une large étendue des applications, du nouveau remplissage sans fil à haute fréquence aux telecom de 48 V et aux designs industriels.

En raison du parasitics qui peut se produire pendant la disposition d'empaquetage et de conception, les conceptions GaN-basées de puissance ont eu des incertitudes liées à leurs circuits de conducteur. Par conséquent, les concepteurs qui utilisent de hauts FETs de GaN de fréquence de commutation doivent prendre le soin avec la disposition de conseil pour éviter de sonner et IEM. La disposition appropriée des composants externes utilisés avec le LMG5200 est critique à réaliser l'exécution désirée. En outre, la disposition des condensateurs pour fournir la fréquence découplant pour les chapeaux d'entrée de conducteur et de circuit fermé de porte sont critique pour s'assurer qu'il n'y a aucune perte de commande de porte pendant la commutation à haute tension et la commutation courante.

Pour empêcher des échecs catastrophiques dus à la surchauffe, il est critique que le conseil de p.c. exhibe la basse résistance thermique avec le LMG5200 à la température ambiante dans des conditions de fonctionnement de pire cas. En suivant les directives pour une conception multicouche de conseil (http://www.ti.com/lit/an/snva729/snva729) vous obtiendrez l'indemnité maximum d'un module intégré de moitié-pont de conducteur de porte et de FET de GaN thermiquement et électriquement.

Pour maximiser les avantages d'efficacité de la commutation rapide, il est extrêmement important d'optimiser la disposition de conseil pour l'impédance minimum de boucle de puissance. En utilisant un conseil avec plus de deux couches vous pouvez réduire au minimum l'impédance parasite de boucle de puissance en ayant le chemin de retour au condensateur d'entrée (entre VIN et PGND) petit et directement sous la première couche. L'inductance de boucle est due réduit à l'annulation d'inductance car le courant de retour est directement dessous et entrant dans la direction opposée. Il est également critique que les condensateurs VCC et les condensateurs de circuit fermé soient aussi étroitement au dispositif que possible et sur la première couche. Le raccordement d'AGND du LMG5200 ne devrait pas être directement relié à PGND de sorte que le bruit de PGND ne décale pas directement AGND et ne cause pas de faux événements de commutation dus au bruit injecté dans des signaux de HI et de LI. Employez l'espacement approprié dans la disposition pour réduire l'ascension et pour maintenir des conditions de dégagement selon le niveau de pollution d'application.

Fig. 2 identifie l'impact du parasitics de niveau de conseil sur l'exécution de LMG5200 ? boucles principales de s. L'inductance de boucle de puissance élevée (montrée en rouge) cause l'overshoot significatif sur le noeud de commutateur. L'overshoot cause une perte d'efficacité due aux pertes de changement accrues. Pour réduire au minimum cette inductance de boucle, il est critique d'employer les techniques de disposition qui éliminent effectivement l'inductance parasite de boucle.

L'addition de la capacité parasite de noeud de commutateur est également un mécanisme de perte de commutation car le condensateur parasite est chargé et déchargé à la tension de noeud de commutateur avec chaque cycle de commutation. Réduisez au minimum la capacité de commutateur-noeud en réduisant le chevauchement entre l'avion de commutateur-noeud et la terre et les avions de VIN. Pour réduire au minimum la capacité supplémentaire de noeud de commutateur, on lui recommande qu'il y ait un coupe-circuit pour le noeud de commutateur dans l'avion en métal 2 et probablement les couches suivantes aussi bien. En outre, la commande sensible et les signaux analogues devraient être gardés à partir de la goupille de commutateur et du filet de commutateur-noeud pour réduire au minimum l'accouplement et l'interférence. Localisez l'inducteur de puissance aussi étroitement à l'IC comme possible de réduire au minimum le secteur du commutateur-noeud, en réduisant la capacité et l'IEM parasites.

Pour éliminer la fausse perte de puissance d'entrée, réduisez au minimum l'inductance parasite de l'entrée découplant des condensateurs à VCC et à AGND. De même, pour empêcher la perte de puissance dans le conducteur de haut-côté et causer le verrouillage de sousvoltage, réduire au minimum l'inductance supplémentaire entre le condensateur de circuit fermé et le HB-HS en choisissant un condensateur approprié et des techniques suggérées de disposition.

La déviation appropriée d'approvisionnement du bas-côté et des conducteurs de haut-côté est essentielle en fournissant l'exécution stable de commutation sans défaut de fonctionnement. Utilisant 0402 a classé des condensateurs, placés immédiatement à côté de l'IC sur la couche supérieure réduit au minimum que l'inductance de trace pour le condensateur de circuit fermé à HS-HB.

Choisissez un condensateur 0402 pour que VCC découpler réduise au minimum l'inductance de trace du condensateur au VCC, goupilles d'AGND. L'inductance excessive dans ces boucles peut causer une perte de commande de porte au haut-côté et au bas-côté, qui blesseront l'exécution d'efficacité et de circuit. Si l'inductance est haute puis une fausse perte du signal d'entraînement au-dessous du seuil de verrouillage de sousvoltage fera arrêter le dispositif l'offre de porte complètement pour empêcher des dommages aux FETs de GaN.

En plus d'obtenir le module de l'évaluation LMG5200 (EVM), les concepteurs peuvent obtenir commencés plus rapidement à employer PSpice et modèles de TINA-TI pour que le LMG5200 simule l'exécution et à commuter des avantages de fréquence de cette technologie.

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