Texas Instruments LMG3422EVM-041半桥子卡在半桥中配置两个LMG3422R050 GaN FET。它具有锁存过流保护功能和所有必要的辅助外设电路。该评估模块设计用于与大型系统配合使用。该评估板设有必要的功率级和栅极驱动高频电流环路，可最大限度地降低电源环路寄生电感，减少电压过冲，并提高性能。Texas Instruments LMG342XEVM-04X配置为插座式外部连接，可轻松连接外部功率级，从而在各种应用中运行LMG342XR0X0。

数据手册：*附件：Texas Instruments LMG3422EVM-041半桥子卡数据手册.pdf

特性

• 输入电压高达600V
• 简单的开环设计，用于评估LMG342XR0XX的性能
• 板载单/双PWM信号输入，用于死区时间可变的PWM信号
• 逐周期过流保护功能
• 便利的探测点，用于逻辑和功率级测量，示波器探头具有短接地弹簧探头

板布局

基于LMG3422EVM-041半桥子卡的GaN功率模块设计与应用

一、LMG3422EVM-041概述

LMG3422EVM-041是德州仪器(TI)推出的一款采用GaN(氮化镓)技术的半桥评估模块，具有以下核心特性：

• ‌集成化设计‌：包含两个LMG342XR0X0 600V GaN FET，集成驱动和保护电路
• ‌高性能拓扑‌：采用优化的半桥配置，所有必需偏置电路和逻辑/电源电平转换均集成在板上
• ‌低寄生参数设计‌：关键功率级和栅极驱动高频电流回路采用全封闭布局，最小化功率环路寄生电感
• ‌灵活接口‌：采用插座式外部连接设计，便于与外部功率级接口

二、关键技术特性

2.1 保护功能

• ‌多重保护机制‌：
  • 过温保护(OTP)
  • 过流保护(OCP)
  • 短路保护(SCP)
  • 欠压锁定(UVLO)
• ‌故障指示‌：通过FAULT和OC引脚提供状态反馈，信号电平转换至AGND参考

2.2 工作参数

• ‌电压范围‌：
  • 推荐工作电压：≤480V
  • 绝对最大电压：600V
• ‌逻辑兼容性‌：支持3.3V和5V逻辑输入
• ‌温度监测‌：提供实时数字输出，其占空比反映器件结温

三、典型应用场景

3.1 功率转换拓扑

• ‌AC/DC转换器‌：特别适合图腾柱PFC拓扑
• ‌DC/DC转换器‌：包括同步Buck/Boost转换器
• ‌逆变器系统‌：适用于高频开关应用
• ‌隔离式拓扑‌：如相移全桥和LLC谐振转换器

3.2 评估系统配置

TI提供两种配套母板选择：

1. ‌LMG342X-BB-EVM‌：
   • 支持高达4kW功率
   • 集成互补PWM生成电路
   • 可调死区时间设计
2. ‌LMG34XX-BB-EVM‌：
   • 支持1.7kW功率
   • 默认50ns死区时间
   • 需搭配专用转接板使用

四、设计要点与布局指南

4.1 热管理设计

• ‌散热方案‌：
  • 采用S05MZZ12-A散热器
  • 使用GR80A-0H-50GY导热界面材料(导热系数8W/m·K，厚度0.5mm)
  • 优化热过孔布局
• ‌PCB设计建议‌：
  • 优先选用4层或更多层板
  • 采用非阻焊定义(NSMD)焊盘
  • 填充并平面化热过孔

4.2 关键电路设计

1. ‌栅极驱动电路‌：
   • 推荐使用ISO77xxF系列数字隔离器
   • 在FAULT和OC信号输出端添加RC滤波
   • RDRV引脚并联100pF电容抑制高频噪声
2. ‌自举电源设计‌：
   • 选用SiC肖特基二极管(如GB01SLT06-214)
   • 自举电阻建议2Ω
   • 高压侧VDD引脚附近放置16V齐纳二极管

五、测试与评估

5.1 测试设备要求

• ‌电源‌：0-480V可调DC电源
• ‌仪器‌：
  • ≥200MHz示波器(推荐1GHz)
  • 高带宽高压探头
  • 带短接地弹簧的探头
• ‌辅助设备‌：
  • 12V/1.5A偏置电源
  • 0-5V PWM信号发生器
  • 主动散热系统

5.2 典型测试结果

在400V输入/200V输出的同步Buck测试中：

• ‌开关性能‌：
  • 20kΩ Rdrv电阻下：85V/ns转换速率(400V/20A)
  • 可调范围：30V/ns至150V/ns
• ‌功率等级‌：
  • 连续工作可达4kW(带散热器)

六、设计参考与材料清单

6.1 推荐封装

模块采用优化的QFN-54封装，关键引脚分配：

• 引脚1,16：连接DRAIN(必须独立布线)
• 引脚17,54：连接SOURCE/GND和散热焊盘

6.2 关键元件选型

• ‌栅极驱动电阻‌：20kΩ(对应100V/ns转换速率)
• ‌自举二极管‌：600V SOD-123封装器件
• ‌隔离器件‌：ISO7741F(四通道)和ISO7762F(六通道)

七、安全操作指南

1. ‌工作环境‌：
   • 仅限专业开发实验室使用
   • 需配备合格观察人员
   • 设置高压警示标识
2. ‌个人防护‌：
   • 佩戴绝缘手套和护目镜
   • 使用绝缘工具操作
3. ‌上电规程‌：
   • 先确认所有连接正确
   • 从低压开始逐步升高输入电压
   • 禁止在最大额定电压下直接启动
4. ‌故障处理‌：
   • 出现FAULT信号应立即关断所有开关管
   • 检查散热条件是否满足要求