前言

現(xiàn)階段的大多數(shù) GaN 電源系統(tǒng)都是由多個芯片組成。GaN 器件在電路板上組裝前采用分立式的元件組裝會產生寄生電感，從而影響器件的性能。例如驅動器會在單獨的芯片上帶有驅動器的分立晶體管，受到驅動器輸出級和晶體管輸入之間以及半橋開關節(jié)點之間的寄生電感的影響，同時GaN HEMT 具有非常高的開關速度，如果寄生電感未被抑制，將會導致信號傳輸?shù)牟▌印?/span>

近日，納芯微推出了兩款全新的GaN相關產品，分別是GaN驅動NSD2621，一顆高壓半橋柵極驅動芯片，專門用于驅動E?mode（增強型）GaN 開關管；集成化的Power Stage產品NSG65N15K，內部集成了高壓半橋驅動器和兩顆650V耐壓的GaN開關管。均可廣泛適用于快充、儲能、服務器電源等多種GaN應用場景。

半橋驅動芯片NSD2621的亮點

NSD2621將隔離技術應用于高壓半橋驅動，使得共模瞬變抗擾度更高，可以耐受700V的負壓，有效提升了系統(tǒng)的可靠性。解決了GaN應用橋臂中點SW引腳的共模瞬變和負壓尖峰問題。上下管的驅動輸出都集成了內部穩(wěn)壓器LDO，可以有效抑制VDD或BST引入的高頻干擾，有利于保持柵極驅動信號幅值穩(wěn)定，保護GaN開關管柵級免受過壓應力的影響。

由于GaN器件可以實現(xiàn)反向導通，替代了普通MOSFET體二極管的續(xù)流作用，但是一旦負載電流過大會出現(xiàn)高反向導通壓降，造成較大的傳輸損耗，降低了系統(tǒng)效率，所以NSD2621內置20ns~100ns可調的硬件死區(qū)時間，可以有效避免發(fā)生橋臂直通的情況，橋臂直通是指兩個串聯(lián)的電力電子開關器件同時導通，如果兩端有電壓，將導致直流電源短路，損壞橋臂功率器件。

如上圖所示，CH1為上管驅動輸入 ，CH2為下管驅動輸入，CH3為上管驅動輸出，CH4為下管驅動輸出。一開始當上管和下管驅動輸入都為高電平時，為避免橋臂直通，上下管驅動輸出都為低電平；當下管驅動輸入變?yōu)榈碗娖?，經過30ns的傳輸延時和內置20ns的死區(qū)時間后，上管驅動輸出變?yōu)楦唠娖健?br/>

NSD2621產品特性和功能一覽圖。

NSG65N15K產品特性

為進一步發(fā)揮GaN高頻、高速的特性優(yōu)勢，納芯微同時推出了集成化的Power Stage產品NSG65N15K，內部集成了半橋驅動器NSD2621和兩顆耐壓650V、導阻電阻150mΩ的GaN開關管，工作電流可達20A。NSG65N15K內部還集成了自舉二極管，并且內置可調死區(qū)時間、欠壓保護、過溫保護功能，可以用于圖騰柱PFC、ACF和LLC等半橋或全橋拓撲。

1. NSG65N15K用一顆器件取代驅動器和兩顆開關管組成的半橋，有效減少元件數(shù)量和布板面積。NSG65N15K是9*9mm的QFN封裝，相比傳統(tǒng)分立方案的兩顆5*6mm DFN封裝的GaN開關管加上一顆4*4mm QFN封裝的高壓半橋驅動，加上外圍元件，總布板面積可以減小40%以上，從而有效提高電源的功率密度。同時，NSG65N15K的走線更方便PCB布局，有利于實現(xiàn)簡潔快速的方案設計。

傳統(tǒng)分立方案引入寄生電感

2. NSG65N15K的合封設計有助于減小驅動和開關管之間的寄生電感，簡化系統(tǒng)設計并提高可靠性。如上圖所示，傳統(tǒng)的分立器件方案，會引入由于PCB走線造成的柵極環(huán)路電感Lg_pcb和由于GaN內部打線造成的共源極電感Lcs。

其中，柵極環(huán)路電感Lg_pcb會在柵極電壓開通或關斷過程產生振鈴，如果振鈴超出GaN的柵源電壓范圍，容易造成柵極擊穿；并且在上管開通過程中，高dv/dt產生的米勒電流會在下管的Lg_pcb上產生正向壓降，有可能造成GaN的柵極電壓大于開啟電壓，從而誤導通。而共源極電感Lcs造成的影響，主要是會限制GaN電流的di/dt，增加額外的開關損耗；此外，在GaN開通過程電流增大，由于di/dt會在Lcs上產生正向壓降，降低了GaN的實際柵極電壓，增大了開通損耗。

NSG65N15K減小雜散電感的影響。

如上圖所示，NSG65N15K通過將驅動器和GaN合封在一起，消除了共源極電感Lcs，并且將柵極回路電感Lg也降到最小，避免了雜散電感的影響，可以有效地提高系統(tǒng)效率與可靠性。

充電頭網(wǎng)總結

納芯微發(fā)布的2款新品中的NSG65N15K，將半橋驅動器NSD2621和 HEMT 集成在同一芯片上將有效減少寄生效應和達到 GaN 卓越開關速度的最大化利用，其內置的兩個晶體管之間死區(qū)時間控制加上高集成度的芯片電路，可以有效減少寄生效應和電路發(fā)生短路的情況，最終提高電源的功率密度和轉化效率?？蓮V泛適用于快充、儲能、服務器電源等多種GaN應用場景，可以為汽車、工業(yè)、消費電子、信息通訊等領域提供完整的解決方案。

如果產品設計要求需要更高的能效、轉換效率和更好的溫控表現(xiàn)等，可以在產品中加入DrMos技術。DrMos 技術是推出了很久的一種服務器主板節(jié)能技術，擁有超低電源反應時間和低阻抗特性，在主板高負荷運作時，能夠大幅提升整體效能，擁有比傳統(tǒng)主板更高的用電效率，同時帶來更低的熱量產生，更高的系統(tǒng)穩(wěn)定性，可以擴展出更多的應用場景。