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新品发布 | 纳芯微全新推出GaN相关产品NSD2621和NSG65N15K

2023/02/03
2030
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纳芯微全新推出GaN相关产品,包含GaN驱动NSD2621与集成化的Power Stage产品NSG65N15K,均可广泛适用于快充、储能、服务器电源等多种GaN应用场景。

其中,NSD2621是一颗高压半桥栅极驱动芯片,专门用于驱动E−mode(增强型)GaN 开关管;NSG65N15K是一颗集成化的Power Stage产品,内部集成了高压半桥驱动器和两颗650V耐压的GaN开关管。

NSD2621产品特性:

01. SW引脚耐压±700V

02. 峰值驱动电流2A/-4A

03. 驱动输出集成内部稳压器,驱动电压5V/5.5V/6V可选

04. 传输延时典型值30ns,上下管驱动传输延时匹配低于10ns

05. 内部可调死区时间20ns~100ns

06. SW允许共模瞬变高达150V/ns

07. 独立的SGND和PGND引脚

08. 集成欠压保护和过温保护

09. 工作温度范围-40°C~125°C

10. QFN15 4*4mm封装

NSD2621功能框图

1. NSD2621将隔离技术应用于高压半桥驱动,解决了GaN应用桥臂中点SW引脚的共模瞬变和负压尖峰问题。

在GaN应用中,为了减小开关损耗,其开关速度远高于传统的Si MOSFET, 桥臂中点的dv/dt达到了50V/ns甚至更高,这对驱动芯片SW引脚的共模瞬变抗扰度提出了极高的要求。同时,高速开关导致的di/dt与寄生电感会在SW引脚产生瞬态负压尖峰,导致驱动芯片发生闩锁甚至损坏。

NSD2621的上管驱动采用隔离技术进行设计,共模瞬变抗扰度高达150V/ns,并且可以耐受700V的负压,有效提升了系统的可靠性。

2. NSD2621内部集成稳压器,有利于保持栅极驱动信号幅值稳定,保护GaN开关管栅级免受过压应力的影响。

与传统的Si MOSFET器件不同,E-mode GaN器件的栅源电压要求极为严格,一般耐压最大值不超过7V。在开关电源中由于系统噪声的影响,驱动芯片VDD或者BST引脚容易引入高频干扰,会引起栅极驱动电压的过冲,从而导致GaN开关管损坏。

NSD2621上下管的驱动输出都集成了内部稳压器LDO,可以有效抑制VDD或BST引入的高频干扰,避免损坏GaN开关管。此外NSD2621可以灵活地选择6V/5.5V/5V不同驱动电压版本,适用于各类品牌的GaN开关管器件。

3. NSD2621超短传输延时有利于减小GaN死区损耗,并且内置可调死区时间功能,可有效避免发生桥臂直通。

GaN器件可以反向导通,其反向导通特性代替了普通MOSFET体二极管的续流作用,但在负载电流较大时其较高的反向导通压降会造成较大损耗,降低了系统效率。为了减小GaN反向导通损耗,应设置尽可能小的死区时间。死区时间的设置除了与电源的拓扑结构、控制方式有关,还受到驱动芯片传输延时的限制。

传统的高压半桥驱动芯片的上管驱动需要采用电平移位设计,为减小功耗多采用脉冲锁存式电平转换器,造成传输延时较长,无法满足GaN 应用的需求。NSD2621上管驱动采用纳芯微擅长的隔离技术进行设计,传输延时典型值仅30ns,并且上下管驱动的传输延时匹配在10ns以内,能够实现对GaN开关管设置几十纳秒以内的死区时间。同时,NSD2621内置20ns~100ns可调的硬件死区时间,可以有效避免发生桥臂直通的情况。

NSD2621内置死区时间测试波形

如上图所示,CH1为上管驱动输入 ,CH2为下管驱动输入,CH3为上管驱动输出,CH4为下管驱动输出。一开始当上管和下管驱动输入都为高电平时,为避免桥臂直通,上下管驱动输出都为低电平;当下管驱动输入变为低电平,经过30ns的传输延时和内置20ns的死区时间后,上管驱动输出变为高电平。

NSG65N15K产品特性

为进一步发挥GaN高频、高速的特性优势,纳芯微同时推出了集成化的Power Stage产品NSG65N15K,内部集成了半桥驱动器NSD2621和两颗耐压650V、导阻电阻150mΩ的GaN开关管,工作电流可达20A。

NSG65N15K内部还集成了自举二极管,并且内置可调死区时间、欠压保护、过温保护功能,可以用于图腾柱PFCACF和LLC等半桥或全桥拓扑。

NSG65N15K功能框图

1. NSG65N15K用一颗器件取代驱动器和两颗开关管组成的半桥,有效减少元件数量和布板面积。

NSG65N15K是9*9mm的QFN封装,相比传统分立方案的两颗5*6mm DFN封装的GaN开关管加上一颗4*4mm QFN封装的高压半桥驱动,加上外围元件,总布板面积可以减小40%以上,从而有效提高电源的功率密度。同时,NSG65N15K的走线更方便PCB布局,有利于实现简洁快速的方案设计。

2. NSG65N15K的合封设计有助于减小驱动和开关管之间的寄生电感,简化系统设计并提高可靠性。

如下图所示,传统的分立器件方案,会引入由于PCB走线造成的栅极环路电感Lg_pcb和由于GaN内部打线造成的共源极电感Lcs。

传统分立方案引入寄生电感

其中,栅极环路电感Lg_pcb会在栅极电压开通或关断过程产生振铃,如果振铃超出GaN的栅源电压范围,容易造成栅极击穿;并且在上管开通过程中,高dv/dt产生的米勒电流会在下管的Lg_pcb上产生正向压降,有可能造成GaN的栅极电压大于开启电压,从而误导通。而共源极电感Lcs造成的影响,主要是会限制GaN电流的di/dt,增加额外的开关损耗;此外,在GaN开通过程电流增大,由于di/dt会在Lcs上产生正向压降,降低了GaN的实际栅极电压,增大了开通损耗。

NSG65N15K减小杂散电感的影响

如上图所示,NSG65N15K通过将驱动器和GaN合封在一起,消除了共源极电感Lcs,并且将栅极回路电感Lg也降到最小,避免了杂散电感的影响,可以有效地提高系统效率与可靠性。

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苏州纳芯微电子股份有限公司 (Suzhou Novosense Microelectronics Co., Ltd.) 是国内领先的信号链芯片及其解决方案提供商,致力于成为传感器、功率驱动以及接口类芯片的行业领导者和国内领先的汽车级芯片提供商。 公司在MEMS、高压隔离、混合信号链处理和传感器校准等领域拥有独立知识产权和丰富IP积累。信号调理芯片产品可满足压力、磁、电流、硅麦克风、PIR红外热释电、红外热电堆等多类型传感器的信号调理需求,产品广泛应用于汽车、工业、消费电子等市场领域。公司提供从微压到中高压量程的压力传感器芯片解决方案,以满足汽车、家电、工业等领域的市场需求。此外,纳芯微提供多种封装外形和输出形式的温度传感IC产品组合,可用于工业、物联网、家电、服务器、消费电子等多种温度测量的场景。功率驱动及接口类芯片方向,纳芯微提供包含信号隔离、隔离接口、隔离电源、隔离采样、隔离驱动以及接口扩展器等多品类产品,已取得众多国际一线系统厂商的认可。隔离与接口产品广泛应用于通信、新能源汽车、工控、光伏等领域,能够满足对隔离耐压、浪涌、抗干扰等参数的严苛需求。

苏州纳芯微电子股份有限公司 (Suzhou Novosense Microelectronics Co., Ltd.) 是国内领先的信号链芯片及其解决方案提供商,致力于成为传感器、功率驱动以及接口类芯片的行业领导者和国内领先的汽车级芯片提供商。 公司在MEMS、高压隔离、混合信号链处理和传感器校准等领域拥有独立知识产权和丰富IP积累。信号调理芯片产品可满足压力、磁、电流、硅麦克风、PIR红外热释电、红外热电堆等多类型传感器的信号调理需求,产品广泛应用于汽车、工业、消费电子等市场领域。公司提供从微压到中高压量程的压力传感器芯片解决方案,以满足汽车、家电、工业等领域的市场需求。此外,纳芯微提供多种封装外形和输出形式的温度传感IC产品组合,可用于工业、物联网、家电、服务器、消费电子等多种温度测量的场景。功率驱动及接口类芯片方向,纳芯微提供包含信号隔离、隔离接口、隔离电源、隔离采样、隔离驱动以及接口扩展器等多品类产品,已取得众多国际一线系统厂商的认可。隔离与接口产品广泛应用于通信、新能源汽车、工控、光伏等领域,能够满足对隔离耐压、浪涌、抗干扰等参数的严苛需求。收起

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