电子产品世界

安森美GAN_Fet驱动方案(NCP51820)。

数十年来，硅来料一直统治著电晶体世界。但这个状况在发现了砷化镓（GaAs）和砷化镓、磷（GaAsP）等不同特性的材料后,已经逐渐开始改变。由开发了由两种或三种材料制成的化合物半导体，它们具有独特的优势和优越的特性。但问题在于化合物半导体更难制造且更昂贵。虽然它们比硅具有明显的优势。作为解决方案出现的两个化合物半导体器件是氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）功率电晶体。这些器件可与寿命长的硅功率LDMOS MOSFET和超结MOSFET竞争。GaN和SiC器件在某些方面相似，可以帮助您为下一个产品设计做出决定。 

氮化镓(GaN)是最接近理想的半导体开关的器件，能够以非常高的效能和高功率密度来实现电源转换。其效能高于当今的硅基方案，轻松超过服务器和云资料中心最严格的80+规范或 USB PD 外部适配器的欧盟行为准则 Tier 2标准。虽然旧的硅基开关技术声称性能接近理想，可快速、低损耗开关，但GaN器件更接近这些需求及应用。不过GaN元件在某些方面又不如旧的硅技术强固，因此需谨慎应用，为了充分发挥该技术的潜在优势，外部驱动电路必须与 GaN 器件匹配显得极为重要。对于给予正确的闸极驱动方式来实现最佳性能和可靠性。本文着眼于这些问题，给出一个驱动器方案，解决设计过程的风险。

 GaN驱动器对性能至关重要，驱动器使驱动电压保持在电压最大限值内并不是唯一的要求。对于快速开关，虽然 GaN 也有闸极电容的特性，但在闸极的有效串联电阻和驱动器中功率被耗散。因此，使电压摆幅保持最小很重要，特别是在频率很高的情况下。通常，对于 GaN 来说，Qg约是几nC，约是类似Si_Mos的十分之一-这也是 GaN 能够如此快速开关的原因之一。GaN 元件是由电荷控制的，因此对于nS等级的开关速度，必须由驱动器快速提供并同时保持精确稳定的电压。理论上，GaN 器件在 VGS = 0安全关断，但在现实世界中，即使是最好的门极驱动器，直接施加到门极的电压也不可能是0V。在闸极驱动回路中的任何串联电感L都会对闸极驱动器产生相反的电压，这会导致GAN元件的假开关动作。一种解决方案是提供一个负门极关断电压，可能-2或-3V，但这使门极驱动电路更加复杂。

在所有应用中，layout是成功的关键。下图显示了一个采用安森美半导体的 NCP51820的示例 layout布局，微型化并匹配门驱动回路。GaN 器件和驱动器被置于PCB同侧，通过适当地使用接地/返回面来避免大电流通孔。

►场景应用图

►展示板照片

►方案方块图

►NCP51820标准驱动线路

►核心技术优势

· NCP51820

NCP51820高速栅极驱动器用于满足严格的驱动增强模式（e-mode），高电子迁移率电晶体（HEMT）和栅极注入电晶体（GIT），氮化镓（GaN）电源开关的要求。

NCP51820通过先进的技术提供短而匹配的传播延迟，为高端驱动器提供−3.5 V至+650 V（典型值）共模电压范围，为低端驱动器提供−3.5 V至+3.5 V共模电压范围驱动能力。

此外，该器件还为高速开关应用中的两个驱动器输出级提供高达200 V / ns的稳定dV / dt操作。 为了充分保护GaN功率电晶体的栅极免受过大的电压应力，两个驱动级均采用专用的电压调节器来精确维持栅极-源极驱动信号的幅度。

该电路可主动调节驱动器的偏置轨，从而在各种工作条件下防止潜在的栅源过电压。

NCP51820提供重要的保护功能，例如独立的欠压锁定（UVLO），监视VDD偏置电压以及VDDH和VDDL驱动器偏置以及基于器件裸片结温的热关断功能。

可程式设计死区时间控制可以配置为防止交叉传导。

· NCP1616

NCP1616是一款高压PFC控制器，旨在基于创新的电流控制频率折返（CCFF）方法来驱动PFC升压级。在这种模式下，当电感器电流超过可程式设计值时，电路将以临界导通模式（CrM）工作。当电流低于此预设水准时，NCP1616在正弦过零处将频率线性衰减至最低约26 kHz。CCFF使额定负载和轻负载下的效率最大化。特别地，待机损耗被减小到最小。即使降低了开关频率，创新的电路也允许接近−单位的功率因数。

集成的高压启动电路消除了对外部启动元件的需求，并且在正常工作期间功耗可忽略不计。NCP1616封装在SOIC-9封装中，具有坚固，紧凑的PFC级所需的功能，几乎不需要外部元件。

· NCP13992

NCP13992是用于半桥谐振转换器的高性能电流模式控制器。该控制器实现600 V栅极驱动器，简化了布局并减少了外部组件数量。在需要PFC前级的应用中，NCP13992侦测PFC Vbulk电压的脚位，可控制IC在特定的电压范围内工作。当电压变化超过设定,会触发Brown−out保护。在空载运行期间NCP13992具有让PFC和LLC共用电阻分压器的方法，共用大容量电阻分压器，进一步降低空载的功率损耗。NCP13992提供了一系列保护功能，可在任何应用中安全运

►方案规格

· 输入电源:90 – 265 V

· 输出电源:19 V/ 18 A max(RMS)

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

关键词： NCP51820 安森美 半导体 电源供应器 GaN MOS Driver