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使用MASTERGAN1氮化镓进行设计降低设计复杂性

星星科技指导员 来源:意法半导体 作者:意法半导体 2022-05-11 16:26 次阅读

我们推出的MASTERGAN1,这是第一个也是唯一一个包含一个栅极驱动器和两个增强模式氮化镓 (GaN) 晶体管的 600 V 单封装。类似的竞争器件仅提供一种 GaN。然而,ST 决定将其加倍以启用半桥配置并允许 MASTERGAN1 采用新的拓扑结构。例如,工程师可以在设计 AC-DC 系统时在 LLC 谐振转换器中使用它。该器件还适用于其他常见的高效和高端拓扑,例如有源钳位反激式或正激式。它还解决了更高的额定功率和图腾柱 PFC

新器件具有高度的象征意义,因为它可以更轻松地在更常见的产品中使用 GaN 晶体管。当业界第一次使用这些电源设备时,它是在电信设备或数据中心的电源中。多亏了 MASTERGAN1,工程师们现在可以为超快速智能手机充电器和 USB-PD 适配器等提供更高效的电源。

为什么在智能手机电源中使用氮化镓?

许多消费者对此视而不见,但智能手机、平板电脑或笔记本电脑充电器的电量近年来呈指数级增长。制造商面临一个难题。电池容量基本保持不变,部分原因是材料设计缺乏突破。因此,移动设备没有提供更大的电池,而是简单地充电更快。借助USB 供电 (USB-PD)和快速充电技术,可以在不到十分钟的时间内达到 50%。这仅是可能的,因为充电器现在在某些情况下能够输出高达 100 W 的功率。然而,为了使整体尺寸接近我们今天的尺寸,系统需要高开关频率。

如果使用 GaN 晶体管的充电器还没有出现在每个角落,那是因为设计它们是一项重大挑战。以中型甚至大型公司的普通工程师为例。那个人首先会遇到一个简单的文化挑战。说服经理和高管并不总是那么容易。尽管如此,帮助决策者理解这项技术是必不可少的。一旦工程师的项目获得所有必要的批准,设计 PCB 就绝非易事。创建一个不起眼的 PCB 很容易。此外,实施适当的安全措施至关重要。MASTERGAN1 的意义在于它能够解决所有这些问题并在更多应用中推广 GaN。

MASTERGAN1:了解氮化镓

氮化镓电性能

氮化镓因其固有的特性而在小型设备中需要高功率时大放异彩。材料本身并不是什么新鲜事。我们从 90 年代开始在 LED 中使用它,从 2000 年代开始将其用作蓝光阅读器中的蓝色激光器。然而,创始人现在能够在硅晶片上生长一层薄薄的 GaN 来制造具有独特特性的晶体管。GaN的带隙为3.39 eV,远高于硅(1.1 eV)和碳化硅(2.86 eV)。因此,它的临界电场也更高,这意味着它在高频下提供了更高的效率。

这些特性根源的高带隙来自GaN的分子结构。镓本身是一种非常差的电导体。然而,当氮原子破坏镓晶格时,它会显着增加结构的电子迁移率(1,700 cm 2 /Vs)。因此,电子可以以更快的速度移动而损失更少。因此,要求开关频率高于 200 kHz 的应用使用 GaN 效率更高。它可以实现更小、更具成本效益的系统。

看到 EVALMASTERGAN1 是相信的

尽管掌握了所有这些理论知识,但可能仍然难以说服决策者。毕竟,GaN晶体管并不新鲜,但它们在大批量产品的电源中的使用仍然是一个新事物。借助 EVALMASTERGAN1板,展示 GaN 和 MASTERGAN1 的功能变得更加简单明了。展示一个物理平台使其成为现实,以及电源中的单个封装会是什么样子。甚至可以自定义电路板。可以添加一个低侧分流器或一个外部自举二极管等,以更好地模拟最终设计。展示其对各种电源电压的支持也变得更加容易。此外,可以访问 MASTERGAN1 的所有引脚,以帮助开发人员及早测试他们的应用程序。

MASTERGAN1:使用氮化镓进行设计

降低设计复杂性

从概念验证到定制设计可能具有挑战性。评估板的原理图是一个很好的起点,但高频应用很棘手。如果 PCB 上的走线太长,感应寄生可能会导致问题。为半桥转换器包括两个 GaN 晶体管也很重要,但大多数竞争器件只提供一个。MASTERGAN1 因此是一款独特的产品,因为它是当今唯一集成了两个 GaN 晶体管的单芯片。 因此,工程师不必处理与这些类型的应用程序相关的复杂性。同样,栅极驱动器的特殊 GaN 技术和优化意味着系统不需要负电压电源。MASTERGAN1 还具有与 20 V 信号兼容的输入引脚。因此,工程师可以将它与各种现有和即将推出的控制器一起使用。

工程师还必须处理关键的尺寸限制。智能手机充电器必须保持小。因此,MASTERGAN1 封装尺寸仅为 9 mm x 9 mm,这一事实具有相当大的优势。此外,随着我​​们在未来几个月内使用新设备扩展这个新系列,我们将保持它们的引脚对引脚兼容。因此,使用 MASTERGAN 家族的另一个成员会更直接。基于使用 MASTERGAN1 的 PCB 创建新设计会更简单。最后,能够更快地设计出更小的 PCB 意味着可以节省大量成本。随着制造商努力打造更实惠的解决方案,MASTERGAN1 有助于使设计更实惠。它还解释了为什么我们已经赢得了设计胜利。

提高鲁棒性

工程师面临的另一个主要挑战在于创建稳健的设计。爆炸式充电器最终成为整个社交媒体。不可靠的系统对客户服务运营构成重大压力。但实施安全功能远非易事。在处理 GaN 半桥拓扑时,必须避免同时开启两者。因此,MASTERGAN1 集成了互锁功能、匹配的传播延迟以及不同的开启和关闭栅极电流。此类功能可实现干净高效的切换。最后,我们为 e-MODE GaN FET 设计了 ​​MASTERGAN1 的栅极驱动器,从而提高了性能和耐用性。

针对 GaN FET 优化的欠压锁定 (UVLO) 保护可防止效率大幅降低和潜在问题。此类问题可能来自在低电源电压下运行。同样,集成的热关断功能可防止器件过热。栅极驱动器的电平转换器和有效的输入缓冲使 GaN 的栅极驱动非常稳健且抗噪声。最后,关闭引脚允许来自 MCU 的专用线路将设备设置为空闲模式。

审核编辑:郭婷

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    oelectronics L99MOD50XP多输出驱动器是一款微控制器驱动型多功能执行器驱动器,用于汽车应用。使用6个半桥和5个高侧驱动器可以驱动多达5个直流电机和5个接地电阻性负载。集成SPI可控制所有工作模式(正向、反向、制动和高阻抗)。此外,所有诊断信息均可通过SPI读取获得。 特性 符合AEC-Q100标准 两个半桥,用于6A负载 (RDSon = 150mΩ) 两个半桥,用于3A负载 (RDSon = 300mΩ) 两个半桥,用于0.75A负载 (RDSon = 1600mΩ) 一个高侧驱动器,用于6A负载 (RDSon = 90mΩ) 两个可配置的高侧驱动器,用于高达1.5A负载 (RDSon = 500mΩ) 或0.4A负载 (RDSon = 1800mΩ) 两个高侧驱动器,用于0.5A负载 (RDSon = 1600mΩ) 借助可编程软启动功能驱动负载,用较高浪涌电流作为电流限制值 待机模式下电流消耗极低(IS < 6μA(典型值);Tj ≤85°C;ICC < 5μA(典型值);Tj ≤85°C) ...
    发表于 10-29 12:06 163次 阅读
    L99MOD50XPTR STMicroelectronics L99MOD50XP多输出驱动器

    MAX25610AAUE+ Maxim Integrated MAX25610x降压和降压升压LED驱动器

    Integrated MAX25610x同步降压和降压-升压LED驱动器可提供恒定输出电流,以驱动大功率发光二极管。该驱动器适用于需要高压输入的汽车和工业照明应用。这些驱动器集成了两个60mΩ功率MOSFET,可实现同步操作,从而最大限度减少了外部元件数量。该器件的灵活配置支持降压、反相降压-升压和升压转换。这些LED驱动器采用电流模式控制,可提供快速瞬态响应,并轻松实现环路稳定。Maxim MAX25610x驱动器还可以用作直流-直流转换器,使用FB输入作为输出分压器的反馈。 特性 符合汽车类AEC-Q100标准 高度集成,最大限度减少了物料需求 输入电压范围:5V至36V 工作频率:400kHz 开关频率选项:2.2MHz 内部电流检测选项 集成高侧和低侧开关MOSFET 带模拟控制电压的脉冲宽度调制 (PVM) 调光 降压LED驱动器,用于1至2个LED 反相降压-升压LED驱动器,用于3至5个LED 工作温度范围:-40°C至+125°C 短路、过压和热保...
    发表于 10-28 15:05 215次 阅读
    MAX25610AAUE+ Maxim Integrated MAX25610x降压和降压升压LED驱动器

    led灯驱动器输出电压

    半导体 L99LD01 高效恒流 LED 驱动器是一款完整的恒流直流-直流转换器 LED 驱动器,适用于汽车应用。它采用 BCD5S 70V 技术制造,并以 LQFP32 封装形式组装。L99LD01 用于升压、降压-升压和反激式转换器拓扑。一个内部随机抖动振荡器在低频模式下工作,扩大了开关频率的射频频谱,从而降低 EMC。 该装置包括内部低跌落电压调节器,可用于提供微控制器和复位引脚,用于在启动时和每次被调节的输出电压降到既定电压阈值以下时重置微控制器。 特性 合格汽车 [医]恒流操作 电流LED可由外部传感电阻器设置,并可通过SPI调节 转换器开关频率可调节的外部电阻(RSF) 内部扩频抖动振荡器的EMC降低 低频率PWM调光操作。 当前最大输入限制 最大开关占空比限制器 由外部电阻(R9)调节的斜率补偿) 电池过电压关闭保护(EXT。 需要R3,R4电阻) 链式OV检测(R5,R6外) 用于监测和控制LED温度(需要外部NTC电阻)、L...
    发表于 10-28 14:58 197次 阅读
    led灯驱动器输出电压

    MAX25612BATP/VY+ MaximIntegrated MAX25612高压LED控制器

    MAX25612高压LED控制器是一款单通道高亮度LED (HB LED) 驱动器,适用于汽车前灯应用。这些应用包括远光灯、近光灯、日间行车灯 (DRL)、转向指示灯、雾灯和其他LED灯。该器件的输入电压范围为5V至48V,可以驱动一个LED灯串,最大输出电压为65V。MAX25612是完全同步型器件,适合需要同步整流的升压和降压-升压应用,可提供大于90%的效率。 MAX25612可检测LED灯串高侧的输出电流。需要进行高侧电流检测,以防止输出端到接地或电池输入端发生短路。该器件也是用于驱动LED的最灵活方案,支持升压、高侧降压或降压-升压模式配置。PWM输入提供高达5000:1的LED调光比,ICTRL输入在MAX25612中提供额外的模拟调光功能。MAX25612还包括一个FLT标志,用于指示灯串开路、灯串短路和热关断。MAX25612还支持内置扩频调制,以提高电磁兼容性能。 特性 集成度高,可最大限度地减少BOM、降低成本 +5.0V至+48V的宽输入电压范围和+65V的最大升压输出 集成pMOS调光FET驱动器 用于模拟调光的ICT...
    发表于 10-28 14:57 251次 阅读
    MAX25612BATP/VY+ MaximIntegrated MAX25612高压LED控制器

    ALED1642GWXTTR STMicroelectronics ALED1642GW LED 显示驱动器

    oelectronics ALED1642GW LED 显示驱动器是单片低压低电流 16 位移位寄存器,用于 LED 面板显示屏。ALED1642GW 可确保 20V 的输出驱动能力,用户可以以串联方式连接若干个 LED。在输出阶段,16 个稳压电流源提供从 3mA 到 40mA 的恒定电流以驱动 LED。电流通过外部电阻器进行设定,并可以由一个 7 位电流增益寄存器在两个子范围间进行调整。各通道亮度可通过 12/16 位灰阶控制分别进行调整。可编程的开关时间(有四个不同值可用)改善了系统低噪声发生性能。 特性 16个恒定电流输出通道 输出电流3mA至40mA 电流可编程通过外部电阻 两个范围内的7位全局电流增益调整 12/16位PWM灰度亮度控制 可编程输出开启/关闭时间 错误检测模式(打开和短路-LED) 可编程短路LED检测阈值 自动节电/自动唤醒 可选择的SDO同步在CLK下降边缘 拉杜尔输出延迟(可选) 3V到5.5V供电电压 热停机和超温报警 高达30MH...
    发表于 10-28 09:26 292次 阅读
    ALED1642GWXTTR STMicroelectronics ALED1642GW LED 显示驱动器

    LED8102SXTTR STMicroelectronics LED8102S LED阵列驱动器

    oelectronics ALED8102S LED阵列驱动器是一款单片、低电压、led驱动器,具有8个低侧通道。ALED8102S设计用于提供高达20V输出驱动能力,支持连接多个串联LED。八个稳压电流源提供5mA至100mA恒定电流来驱动LED。通过一个外部电阻器设置电流。 LED8102S具有热管理功能,可强制关断以保护器件(通常在+170°C时关断,15°C滞后重启)。热保护开关仅关闭输出通道。 工作电源电压范围为3.0V至5.5V。输出控制由四个开关输入提供,实现开/关切换操作。在所有有源输出LED上,可通过应用到输出使能引脚 (OE) 上的全局PWM信号调整亮度。输出可并联,或者不使用时不连接。 LED8102S LED驱动器采用14引脚高热效率薄型微缩小外形封装 (HTTSSOP)。 特性 8个恒定电流输出通道,由4个开关输入控制 输出电流:5mA至100mA 电流可通过外部电阻器编程 电源电压:3.0V至5.5V 20V电流发生器额定电压 热关断 工作结温范围:-40°C至+150°C ...
    发表于 10-21 10:45 257次 阅读
    LED8102SXTTR STMicroelectronics LED8102S LED阵列驱动器

    STSPIN32F0251TR STMicroelectronics STSPIN32F025x250V三相控制器

    oelectronics STSPIN32F025x 250V三相控制器是高度集成的解决方案,用于驱动三相应用。由于集成度高,因此有助于设计人员减少PCB占位和总体物料清单。STSPIN32F025x内置STM32F031x6x7 MCU(采用Arm® 32位Cortex®-M0 CPU)和250V三路半桥栅极驱动器。半桥栅极驱动器可驱动N通道功率MOSFET或IGBT。该器件集成了具有高级smartSD功能的比较器,可确保快速有效地防止过载和过流。下部和上部驱动部分还集成了高压自举二极管,以及防交叉传导、死区时间和UVLO保护。这些特性可防止电源开关在低效率或危险条件下运行。低侧和高侧部分之间的匹配延迟可确保无周期失真。集成的MCU可以执行FOC、6步无传感器以及其他高级驱动算法(包括速度控制回路)。 特性 三相栅极驱动器 高达250V高压轨 驱动器电流能力 200mA/350mA拉/灌电流 (STSPIN32F0251) 1.0A/0.85A拉/灌电流 (STSPIN32F0252) dV/dt瞬态抑制:±50V/ns ...
    发表于 10-21 10:41 230次 阅读
    STSPIN32F0251TR STMicroelectronics STSPIN32F025x250V三相控制器

    STGAP2HSMTR STMicroelectronics STGAP2HS4A 单通道栅极驱动器

    oelectronics STGAP2HS 4A单通道栅极驱动器在栅极驱动通道、低电压控制和接口电路之间提供电流隔离。STGAP2HS适合用于中等功率和大功率应用,例如工业应用中的电源转换和电机驱动器逆变器,具有4A能力和轨到轨输出。 STM STGAP2HS单通道栅极驱动器有两种不同配置,一种具有独立的输出引脚,另一种具有单输出引脚和米勒钳位功能。借助独立输出引脚的配置,可通过专用栅极电阻分别优化导通和关断。单输出引脚和米勒钳位功能配置可防止半桥拓扑中快速换向时的栅极尖峰。两种配置均为外部元件提供较高的灵活性,降低物料清单成本。 STGAP2HS集成UVLO和热关断保护功能,可简化高可靠性系统的设计。双输入引脚支持选择信号极性控制和实施HW互锁保护,可在控制器发生故障时避免交叉传导。 STGAP2HS 4A单通道栅极驱动器采用宽体SO-8W封装。 特性 高达1200V高压轨 驱动器电流能力:4A拉电流/灌电流(25°C时) dV/dt瞬变抗扰性:±100V/ns,全温度范围内 整体输入-输出传播延迟:75ns ...
    发表于 10-21 10:30 208次 阅读

    STEVAL-LLL004V1 STMicroelectronics STEVALLLL004V1 LED驱动器

    oelectronics STEVAL-LLL004V1 LED驱动器是一款数控恒流LED驱动器。PFC级和两个直流-直流转换器设计用于在转换模式下工作以优化效率。该LED驱动器可提供75W的输出功率。 通过模拟和数字方法,该驱动器可以将LED调暗至最高亮度水平的0.5%。通过任何一种调光技术,该操作在整个调光范围内均无闪烁。该电路板具有高效率,功率因数几乎等于1,并且在宽输入电压和负载条件下具有低THD百分比。这得益于高性能ST电源产品,以及在32位STM32F0微控制器上运行的高级算法。 特性 宽输入电压范围:85VAC至265VAC 转换模式PFC 两个基于不同拓扑、在转换模式下工作的恒流输出: 降压拓扑 反向降压拓扑 输出电流:500mA ±2.5% 输出端连接的LED数量:16至24个白光LED(每个3.3V) 满负载时,PFC > 0.97,THD < 20%(85VAC至265VAC输入电压范围) 最大负载时峰值效率≅ 90% ...
    发表于 10-21 10:06 187次 阅读

    RH-OSC04 RH-OSC04抗辐射 晶体振荡器驱动器和分频器

    发表于 05-20 17:05 242次 阅读

    EVL6562A-LED EVL6562A-LED恒流逆降压LED驱动器使用L6562A

    发表于 05-20 12:05 275次 阅读

    NUD4001 LED驱动器 高电流

    稳压器& LED驱动器旨在取代用于在5V,12V或24V低压AC / DC应用中驱动LED的分立解决方案。外部电阻允许电路设计人员为不同的LED阵列设置驱动电流。这种分立式集成技术通过将单个组件组合到一个封装中来消除单个组件,从而显着降低系统成本和电路板空间。该器件是一个小型表面贴装封装SO8。 特性 为不同的输入电压提供恒定的LED电流。 外部电阻允许设计人员设置电流 - 最高500 mA。 AEC-Q101合格且PPAP能力 适用于汽车和其他需要独特应用的NSV前缀场地和控制变更要求 应用 汽车:尾灯,定向灯,倒车灯和圆顶灯。 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 23:02 400次 阅读
    NUD4001 LED驱动器 高电流

    NCP302155 集成驱动器和MOSFET 55 A.

    155将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302155集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达55A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支持Intel®PowerState 4 使用3级PWM的零交叉检测选项 内部自举二极管 热警告输出和热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V-Core和非V核DC-DC转换器 大电流DC-DC负载点转换器 小型电压调节器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 22:02 725次 阅读

    NCP303151 集成驱动器和带集成电流监视器的MOSFET

    151将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成到单个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP303151集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 能够达到50 A的平均电流 30 V / 30 V击穿电压MOSFET具有更高的长期可靠性 能够以高达1 MHz的频率切换 与3.3兼容V或5 V PWM输入 正确响应3级PWM输入 精确电流监测 具有3级PWM的过零检测选项 内部自举二极管 欠压锁定 支持英特尔®PowerState 4 应用 桌面和笔记本微处理器 图形卡 路由器和交换机 支持英特尔®PowerState 4 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 22:02 1011次 阅读

    NCP302040 集成驱动器和MOSFET 40 A.

    040将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302040集成解决方案大大减少了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达40A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 正确响应3级PWM输入 支持英特尔®电源状态4 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 电源和笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 22:02 394次 阅读

    NCP302150 集成驱动器和MOSFET 45 A.

    150将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302150集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达45A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 正确响应3级PWM输入 支持英特尔®电源状态4 使用3级PWM进行零交叉检测的选项 热警告输出和热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V-Core和非V-Core DC-DC Con转换器 小型电压调节器模块 高电流DC-DC负载点转换器 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 21:02 823次 阅读

    NCP302055 集成驱动器和MOSFET 50 A.

    055将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302055集成解决方案大大减少了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达50A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支持Intel®PowerState 4 使用3级PWM的零交叉检测选项 内部自举二极管 热警告输出和热关机 热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V -Core和非V-DC DC-DC转换器 大电流DC-DC负载点转换器 小型电压调节器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 21:02 480次 阅读

    NCP6992 AIRFUEL-MR无线电源发送器ASIC

    2是一款无线电源ASIC,可提供符合AirFuel MR标准的非接触式6.78 MHz电力传输单元(PTU)所需的电源,测量和支持功能。 NCP6992与蓝牙信令协议(BLE)相结合,通过管理功率传输(包括效率和故障条件管理),有助于调整和优化发送器线圈的功率。 特性 输入电压范围4.5V至22V 提供小型7x7mm²可湿性侧翼电镀QFN-56封装,间距0.4mm 直接从墙上适配器或USB端口供电 可通过3.4 MHzI²C接口进行广泛编程 50 W功率升压控制器,具有可在9V至55.2V(200mV步进)下编程的转换器,具有OVP和自动控制输入选项 可配置的睡眠模式和使用直接输入控制的快速唤醒循环 In集成式降压转换器5V& 500mA 2通用GPIO可用于逻辑I / O,ADC输入或时钟输出 系统LDO可编程为1.2V至3.6V,100 mV步进,带动态电压调节(DVS) USB BC 1.2检测的前端 具有OCP的四相可选6.78MHz PA驱动器 用于天线切换的PWM控制继电器驱动器 用于PA电源电压,电流和温度测量的10位ADC 一个阻抗控制检测器 具有ADC读数的差分...
    发表于 07-29 18:02 378次 阅读