深入剖析LMG2656：650V 230mΩ GaN半桥的卓越性能与应用

在电源转换领域，氮化镓（GaN）技术凭借其卓越的性能正逐渐崭露头角。本文将详细介绍德州仪器（TI）的LMG2656，一款集成了驱动器和电流感应仿真功能的650V 230mΩ GaN半桥，探讨其特性、应用场景以及设计要点。

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特性亮点

强大的电气性能

LMG2656集成了650V的GaN功率FET半桥，低侧和高侧的GaN FET导通电阻均为230mΩ，能够有效降低导通损耗。其内部的栅极驱动器具有低于100ns的低传播延迟，能够快速响应控制信号，提高开关速度。可编程的开通压摆率控制功能，可以根据不同的应用需求调整开关速度，从而优化电磁干扰（EMI）和振铃现象。

高精度的电流感应仿真

集成的电流感应仿真功能具有高带宽和高精度的特点，通过输出低侧GaN FET漏极电流的缩放副本，取代了传统的电流感应电阻，降低了功耗，并允许将低侧散热焊盘直接连接到PCB电源地，提高了系统的热性能。

丰富的保护功能

该芯片具备低侧/高侧逐周期过流保护和过温保护功能，能够在异常情况下及时保护芯片免受损坏。同时，低侧/高侧栅极驱动互锁功能可以防止低侧和高侧GaN FET同时导通，避免短路故障。

多种控制方式与快速启动

高侧GaN FET可以通过低侧参考的INH引脚或高侧参考的GDH引脚进行控制，增强了与不同控制器的兼容性。智能开关的自举二极管功能无二极管正向压降，避免了高侧电源过充电，且反向恢复电荷为零。高侧启动时间小于8µs，能够快速响应系统需求。

低静态电流与小封装

AUX引脚在空闲和待机模式下的静态电流分别为250μA和50μA，BST引脚空闲静态电流为70μA，低静态电流有助于提高系统在轻载时的效率。采用8mm × 6mm QFN封装，带有双散热焊盘，减小了PCB空间，提高了功率密度。

优缺点分析

优点

• 集成度高：将半桥功率FET、栅极驱动器、自举FET和高侧栅极驱动电平转换器集成在一个6mm×8mm的QFN封装中，简化了设计，减少了元件数量和PCB空间。
• 性能优越：低导通电阻、低传播延迟和可编程的开通压摆率控制，提高了开关效率和EMI性能。高带宽和高精度的电流感应仿真功能，降低了功耗，提高了热性能。
• 保护功能完善：具备过流保护、过温保护、欠压锁定和栅极驱动互锁等多种保护功能，提高了系统的可靠性和稳定性。
• 兼容性强：高侧GaN FET可以通过低侧参考的INH引脚或高侧参考的GDH引脚进行控制，适用于不同类型的控制器。
• 低静态电流：AUX和BST引脚的低静态电流，支持转换器的突发模式操作，满足政府轻载效率要求。

缺点

• 成本较高：GaN技术相对较新，制造成本较高，导致LMG2656的价格可能比传统的硅基功率器件贵。
• 设计难度较大：由于GaN器件的高速开关特性，对PCB布局和布线要求较高，设计不当可能会导致EMI问题和信号完整性问题。
• 散热要求高：虽然LMG2656采用了双散热焊盘设计，但由于其高功率密度，散热仍然是一个挑战，需要合理的散热设计。

应用场景

AC/DC适配器和充电器

在AC/DC适配器和充电器中，LMG2656的高电压额定值和低导通电阻能够有效提高转换效率，减少发热。其快速开关速度和可编程的开通压摆率控制功能，可以降低EMI，满足相关标准要求。同时，低静态电流和快速启动时间支持充电器的轻载和突发模式操作，提高了系统的整体效率。

AC/DC辅助电源

在AC/DC辅助电源中，LMG2656可以提供稳定的电源输出，其集成的驱动器和保护功能可以简化设计，提高系统的可靠性。高侧栅极驱动电平转换器和智能开关的自举二极管功能，确保了高侧GaN FET的可靠控制。

移动壁式充电器设计

对于移动壁式充电器，LMG2656的小封装尺寸和高功率密度非常适合，能够满足充电器小型化的需求。其高精度的电流感应仿真功能可以实现精确的充电控制，保护电池安全。

USB壁式电源插座

在USB壁式电源插座中，LMG2656可以提供高效的电源转换，支持多个USB端口的同时供电。其低EMI特性可以减少对其他设备的干扰，提高电源的质量。

设计要点

引脚配置与功能

LMG2656共有19个引脚，每个引脚都有特定的功能。在设计时，需要根据引脚的功能进行正确的连接。例如，INL和INH引脚用于控制低侧和高侧GaN FET的开关，EN引脚用于切换设备的工作模式。同时，要注意引脚的电压和电流限制，避免超出芯片的额定值。

电源供应建议

LMG2656通过AUX引脚连接单个输入电源，BST引脚由AUX引脚内部供电。建议AUX外部电容采用陶瓷电容，且容量至少是BST - SW外部电容的三倍。AUX和BST引脚的输入电压范围应在推荐的工作条件内，以确保芯片的正常工作。

布局设计

焊点应力缓解

为了缓解大尺寸QFN封装的焊点应力，需要遵循NC锚定引脚的使用说明，所有电路板焊盘应采用非阻焊定义（NSMD）方式，连接到NSMD焊盘的电路板走线宽度应小于焊盘宽度的2/3。

信号地连接

设计电源时，应将信号地和电源地分开，仅在一处连接。将LMG2656的AGND引脚连接到信号地，SL引脚和低侧散热焊盘连接到电源地，避免信号和电源地在电路板其他位置连接。

电流感应信号处理

由于电流感应信号的阻抗比传统信号高三个数量级，容易受到噪声干扰。因此，应尽量避免将电流感应信号靠近嘈杂的走线，将电流感应电阻和滤波电容放置在靠近控制器电流感应输入引脚的位置。

总结

LMG2656作为一款集成了驱动器和电流感应仿真功能的650V 230mΩ GaN半桥，具有众多卓越的特性和广泛的应用场景。在设计过程中，需要充分了解其引脚功能、电源供应要求和布局设计要点，以发挥其最佳性能。随着GaN技术的不断发展，LMG2656有望在电源转换领域发挥更大的作用。你在使用LMG2656进行设计时，是否遇到过一些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。