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Hälfte-Brücke GaN FET-Modul kommt in QFN

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Ein QFN bringt ein 80 V, 10 ein GaN FET Hälftebrücke Energienstadium und seinen verbundenen Gatterfahrer unter.

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Texas Instruments hat zwei GaN FETs und einen Hochfrequenzgatterfahrer in eine Hälftebrücke Konfiguration, die ein 80 V produziert, 10 A verpackt. Das Stadium der Energie LMG5200 (Feige. 1) brachten Eigenschaften multichip Verpackentechnologie voran und werden optimiert, um die Energienumwandlungstopologien zu stützen, die bei Frequenzen bis 5 MHZ laufen lassen. Eingänge LMG5200 sind TTL-kompatibel und können bis 14 V unabhängig davon VCC widerstehen. Tabelle 1 beschreibt die Anschlüsse des Stift LMG5200.

Das LMG5200 ist ein komplettes, zuverlässiges Energienstadium und besteht einem Leistung optimierten Fahrer und aus einem Energie GaN FET. Alle Vorrichtungen werden an einer vollständig verpfänden-Draht-freien Paketplattform mit herabgesetzten parasitschen Elementen des Pakets angebracht. Spezielle Betrachtungen während der Verpackungsgestaltung garantieren, dass die Sourceschaltunginduktanz, die Gatterschleifeninduktanz und die Energienschleifeninduktanz erheblich verringert werden.

Dieses Hälftebrücke GaN Energienstadium integriert zwei, 18 m? GaN FETs mit Hochseite und Niedrigseite versehen Fahrer mit einem Gatter. Einschließlich Gatter verbessert der Fahrer im Modul Energiestadium Leistungsfähigkeit, indem er parasitsche Induktanzen im kritischen verringert, Gatter-fahren Schleife. Auch Ausbreitungverzögerungen zwischen der Hochseite und Niedrigseite Gatterfahrer werden zusammengebracht, um sehr fester Steuerung der durch Betriebsstörungen bedingten Verzugszeit zu ermöglichen. Um hohe Leistungsfähigkeit beizubehalten, ist steuernde durch Betriebsstörungen bedingte Verzugszeit in GaN-gegründeten Anwendungen kritisch. Sie können HI-und LI-Eingänge unabhängig steuern, um die dritte Quadrantübertragung des Niedrigseite FET für harte geschaltene Dollarkonverter herabzusetzen. Eine sehr kleine Ausbreitungfehlanpassung zwischen dem HI und dem LI zu den Fahrern für die fallenden und steigenden Schwellen lässt durch Betriebsstörungen bedingte Verzugszeiten in der Strecke 10 ns zu. das Co-Verpacken der GaN FET Hälftebrücke mit dem Gatterfahrer setzt die diese Sourceschaltunginduktanz geschaltene Topologien der Auswirkungen stark herab.

Ein Stiefelriemenstromkreis mit Klemmplatte verhindert den Hochseite Gatter-Antrieb von der Überschreitung der GaN FETs maximalen Gatter-zuquellenspannung (VGS) ohne irgendeinen zusätzlichen externen Schaltkreis. Der Gatterfahrer hat eine Undervoltageaussperrung (UVLO) auf dem VCC und den Schienen des Stiefelriemens (HB-HS). Wenn die Spannung unterhalb der UVLO Schwellenspannung, ignoriert die Vorrichtung die HI-und LI-Signale, zu verhindern, dass die GaN FETs teilweise eingeschalten ist. Unter UVLO wenn es genügende Spannung gibt (VCC >, 2.5 V), zieht der Fahrer aktiv den ausgegebenen Hochseite und Niedrigseite Gatterfahrer Tief. Die UVLO Schwellenhysteresis von 200 Millivolt verhindert das Rattern und unerwünschten Turn-on wegen der Spannungsspitzen.

Zu Herstellung vereinfachen, das LMG5200? s 6 Millimeter durch 8 Paket Millimeter-QFN erfordert kein underfill, manchmal benutzt, um Creepagezusammenbruch requirments zu treffen. Plus, sein verringerter Abdruck erhöht Annahme der GaN Energienentwürfe in einer ausgedehnten Benutzungsmöglichkeit, von der neuen drahtlosen Hochfrequenzaufladung zu 48 v-Telekommunikation und zu den industriellen Entwürfen.

Wegen des parasitics, das während des Verpacken- und Entwurfs auftreten kann, haben GaN-gegründete Energienentwürfe die Ungewissheiten gehabt, die mit ihren Fahrerstromkreisen verbunden sind. Folglich müssen Entwerfer, die hohe Schaltungsfrequenz GaN FETs benutzen, Sorgfalt mit Brettplan ausüben, um Klingeln zu vermeiden und EMS. Korrekter Plan der externen Bestandteile, die mit dem LMG5200 benutzt werden, ist zum Erzielen der gewünschten Leistung kritisch. Auch Plan der Kondensatoren, zum der Hochfrequenz, die für die Gatterfahrer- und -stiefelriemeneingangskappen bereitzustellen entkoppelt, sind kritisch, zu garantieren, dass es keinen Verlust des Gatter-Antriebs während der Hochspannungsschaltung und der gegenwärtigen Umwandlung gibt.

Um die verhängnisvollen Ausfälle zu verhindern, die zur Überhitzung passend sind, ist es kritisch dass das p.c. Brett niedrigen thermischen Widerstand mit dem LMG5200 bei der umgebenden Temperatur unter FallBetriebsbedingungen aufweist. Durch das Folgen der Richtlinien für einen mehrschichtigen Brettentwurf (http://www.ti.com/lit/an/snva729/snva729) erreichen Sie den maximalen Nutzen eines integrierten Gatterfahrer und GaN FET Hälftebrücke Moduls thermisch und elektrisch.

Um den Leistungsfähigkeits-Nutzen der schnellen Schaltung zu maximieren, ist es extrem wichtig den Brettplan für minimalen Energienschleifenwiderstand zu optimieren. Wenn Sie ein Brett mit mehr als zwei Schichten verwenden, Sie kann der Energienschleife indem Sie den Rückholweg zum Eingangskondensator (zwischen VIN und PGND) klein und direkt unter die erste Schicht herabsetzen parasitschen Widerstand haben. Schleifeninduktanz liegt an der Induktanzannullierung verringertes, da der Rückholstrom direkt darunterliegend ist und fließend in die entgegengesetzte Richtung. Es ist auch kritisch, dass die Kondensatoren VCC und die Stiefelriemenkondensatoren so nah zur Vorrichtung sind, wie möglich und auf der ersten Schicht. Der AGND Anschluss des LMG5200 sollte NICHT an PGND direkt angeschlossen werden, damit PGND Geräusche nicht direkt AGND verschieben und die unechten Schaltungsereignisse wegen der Geräusche verursachen, die in den HI-und LI-Signalen eingespritzt werden. Verwenden Sie passenden Abstand im Plan, um Creepage zu verringern und Abstandsanforderungen in Übereinstimmung mit dem Anwendungsverunreinigungsniveau beizubehalten.

Fig., 2 identifizierent die Auswirkung von Brettniveau parasitics auf die Leistung von LMG5200? s-Schlüsselschleifen. Die Leistungsschleifeninduktanz (gezeigt im Rot) verursacht bedeutenden Overshoot auf dem Schalternullpunkt. Der Overshoot verursacht einen Verlust der Leistungsfähigkeit wegen der erhöhten zugeschalteten Verluste. Um diese Schleifeninduktanz herabzusetzen, ist es kritisch Plantechniken zu verwenden die effektiv die parasitsche Schleifeninduktanz beseitigen.

Die Einführung der parasitschen Schalternullpunktkapazitanz ist auch ein Schaltungsverlustmechanismus, da der parasitsche Kondensator zur Schalternullpunktspannung mit jedem Schaltungszyklus aufgeladen und entladen wird. Setzen Sie die Schalternullpunkt Kapazitanz herab, indem Sie die Deckung zwischen der Schalternullpunkt Fläche und dem Boden und DEN VIN Flächen verringern. Um die addierte Schalternullpunktkapazitanz herabzusetzen, wird es empfohlen dass es einen Ausschnitt für den Schalternullpunkt in der Fläche des Metall 2 und vielleicht in den folgenden Schichten außerdem gibt. Zusätzlich sollten empfindliche Steuerung und Analogsignale weg von dem Schalter-Stift und dem Schalternullpunkt Netz gehalten werden, um Koppelung und Störung herabzusetzen. Lokalisieren Sie die Energiendrosselspule so nah auf das IC, wie möglich, den Bereich des Schalternullpunktes herabzusetzen und parasitsche Kapazitanz und EMS verringern.

Um unechten Verlust der zugeführter Energie zu beseitigen, setzen Sie die parasitsche Induktanz vom Eingang herab, der Kondensatoren zu VCC und zu AGND entkoppelt. Ähnlich Leistungsabfall im Hochseite Fahrer verhindern und Undervoltageaussperrung verursachen, die zusätzliche Induktanz zwischen dem Stiefelriemenkondensator und dem HB-HS durch das Wählen eines passenden Kondensators und vorgeschlagenen der Plantechniken herabsetzen.

Korrekte Versorgungsmaterial-Überbrückung der Niedrigseite und der Hochseite Fahrer ist wesentlich, wenn man beständige Schaltungsleistung ohne Störung zur Verfügung stellt. Unter Verwendung 0402 sortierte die Kondensatoren, sofort gesetzt neben dem IC auf die Spitzenschicht beschränkt dass die Spureninduktanz für den Stiefelriemenkondensator auf HS-HB.

Wählen Sie einen Kondensator 0402, damit VCC die Entkoppelung die Spureninduktanz vom Kondensator auf das VCC, AGND Stifte beschränkt. Übermäßige Induktanz in diesen Schleifen kann einen Verlust des Gatter-Antriebs verursachen der Hochseite und der Niedrigseite, die Leistungsfähigkeits- und Stromkreisleistung verletzen. Wenn die Induktanz dann hoch ist, veranlaßt ein unechter Verlust des Antriebssignals unterhalb der Undervoltageausrück-Schwelle die Vorrichtung, das Gatter-Versorgungsmaterial vollständig abzustellen, um Schaden der GaN FETs zu verhindern.

Zusätzlich zum Erhalten des Moduls der Auswertung LMG5200 (EVM), können Entwerfer begonnen erhalten, PSpice und TINA-TI Modelle schneller zu verwenden, damit das LMG5200 die Leistung und Frequenzvorteile dieser Technologie zu schalten simuliert.

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