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納芯微高壓半橋驅(qū)動(dòng)NSD2622N:為E-mode GaN量身打造高可靠性、高集成度方案

納芯微 ? 來(lái)源:納芯微 ? 作者:納芯微 ? 2025-06-27 17:01 ? 次閱讀
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納芯微發(fā)布專為增強(qiáng)型GaN設(shè)計(jì)的高壓半橋驅(qū)動(dòng)芯片NSD2622N,該芯片集成正負(fù)壓穩(wěn)壓電路,支持自舉供電,具備高dv/dt抗擾能力和強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力,可以顯著簡(jiǎn)化GaN驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì),提升系統(tǒng)可靠性并降低系統(tǒng)成本。

(來(lái)源:納芯微)

納芯微發(fā)布專為增強(qiáng)型GaN設(shè)計(jì)的高壓半橋驅(qū)動(dòng)芯片NSD2622N,該芯片集成正負(fù)壓穩(wěn)壓電路,支持自舉供電,具備高dv/dt抗擾能力和強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力,可以顯著簡(jiǎn)化GaN驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì),提升系統(tǒng)可靠性并降低系統(tǒng)成本。

應(yīng)用背景

近年來(lái),氮化鎵高電子遷移率晶體管(GaN HEMT)憑借高開關(guān)頻率、低開關(guān)損耗的顯著優(yōu)勢(shì),能夠大幅提升電源系統(tǒng)的功率密度,明顯優(yōu)化能效表現(xiàn),降低整體系統(tǒng)成本,在人工智能(AI)數(shù)據(jù)中心電源、微型逆變器、車載充電機(jī)(OBC)等高壓大功率領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。

然而,GaN器件在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。以增強(qiáng)型氮化鎵(E-mode GaN)器件為例,由于導(dǎo)通閾值較低,在高壓大功率場(chǎng)景,特別是硬開關(guān)工作模式下,如果驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)不當(dāng),高頻、高速開關(guān)過(guò)程中極易因串?dāng)_而導(dǎo)致誤導(dǎo)通現(xiàn)象。與此同時(shí),適配的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜,這無(wú)疑提高了GaN器件的應(yīng)用門檻。

為了加速GaN應(yīng)用普及,國(guó)內(nèi)外頭部GaN廠家近年來(lái)推出了一些集成驅(qū)動(dòng)IC的GaN功率芯片,特別是MOSFET-LIKE類型的GaN功率芯片,其封裝形式可與Si MOSFET兼容,在一定程度上降低了GaN驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)難度。但集成驅(qū)動(dòng)的GaN芯片仍存在很多局限性:一方面難以滿足一些客戶對(duì)于差異化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求;另一方面,在多管并聯(lián)、雙向開關(guān)等應(yīng)用場(chǎng)景中并不適用,所以在諸多應(yīng)用場(chǎng)景中仍需要分立GaN器件及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)此,納芯微針對(duì)E-mode GaN開發(fā)專用驅(qū)動(dòng)芯片NSD2622N,致力于為高壓大功率場(chǎng)景下的GaN應(yīng)用,提供高性能、高可靠性且具備成本競(jìng)爭(zhēng)力的驅(qū)動(dòng)解決方案。

產(chǎn)品特性

NSD2622N是一款專為E-mode GaN設(shè)計(jì)的高壓半橋驅(qū)動(dòng)芯片,該芯片內(nèi)部集成了電壓調(diào)節(jié)電路,可以生成5V~6.5V可配置的穩(wěn)定正壓,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)GaN器件的可靠驅(qū)動(dòng);內(nèi)部還集成了電荷泵電路,可以生成-2.5V的固定負(fù)壓用于GaN可靠關(guān)斷。該芯片由于將正負(fù)電源穩(wěn)壓電路集成到內(nèi)部,因此可以支持高邊輸出采用自舉供電方式

NSD2622N采用納芯微成熟可靠的電容隔離技術(shù),高邊驅(qū)動(dòng)可以支持-700V到+700V耐壓,最低可承受200V/ns的SW電壓變化速率,同時(shí)高低邊輸出具有低傳輸延時(shí)和較小的傳輸延時(shí)匹配特性,完全滿足GaN高頻、高速開關(guān)的需求。此外,NSD2622N高低邊輸出均能提供2A/-4A峰值驅(qū)動(dòng)電流,足以應(yīng)對(duì)各類GaN應(yīng)用對(duì)驅(qū)動(dòng)速度的要求,并且可用于GaN并聯(lián)使用場(chǎng)景。NSD2622N內(nèi)部還集成一顆5V固定輸出的LDO,可以為數(shù)字隔離器等電路供電,以用于需要隔離的應(yīng)用場(chǎng)景。

NSD2622N詳細(xì)參數(shù):

SW耐壓范圍:-700V~700V

SW dv/dt抑制能力大于200V/ns

支持5V~15V寬范圍供電

5V~6.5V可調(diào)輸出正壓

-2.5V內(nèi)置輸出負(fù)壓

2A/4A峰值驅(qū)動(dòng)電流

典型值10ns最小輸入脈寬

典型值38ns輸入輸出傳輸延時(shí)

典型值5ns脈寬畸變

典型值6.5ns上升時(shí)間(1nF 負(fù)載)

典型值6.5ns下降時(shí)間(1nF 負(fù)載)

典型值20ns內(nèi)置死區(qū)

高邊輸出支持自舉供電

內(nèi)置LDO固定5V輸出用于數(shù)字隔離器供電

具備欠壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)

工作環(huán)境溫度范圍:-40℃~125℃

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(NSD2622N功能框圖,來(lái)源:納芯微)

告別誤導(dǎo)通風(fēng)險(xiǎn),提供更穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電壓

相較于普通的Si MOSFET驅(qū)動(dòng)方案,E-mode GaN驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的最大痛點(diǎn)是需要提供適當(dāng)幅值且穩(wěn)定可靠的正負(fù)壓偏置。這是因?yàn)镋-mode GaN驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通電壓一般在5V~6V,而導(dǎo)通閾值相對(duì)較低僅1V左右,在高溫下甚至更低,往往需要負(fù)壓關(guān)斷以避免誤導(dǎo)通。為了給E-mode GaN提供合適的正負(fù)壓偏置,一般有阻容分壓直驅(qū)兩種驅(qū)動(dòng)方案:

1.阻容分壓驅(qū)動(dòng)方案

這種驅(qū)動(dòng)方案可以采用普通的Si MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片,如圖所示,當(dāng)驅(qū)動(dòng)開通時(shí),圖中Cc與Ra并聯(lián)后和Rb串聯(lián),將驅(qū)動(dòng)供電電壓(如10V)進(jìn)行分壓后,為GaN柵極提供6V驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通電壓,Dz1起到鉗位正壓的作用;當(dāng)驅(qū)動(dòng)關(guān)斷時(shí),Cc電容放電為GaN柵極提供關(guān)斷負(fù)壓,Dz2起到鉗位負(fù)壓的作用。

wKgZO2heXfWAVqeCAADLwC5BdWk021.png

(阻容分壓驅(qū)動(dòng)方案,來(lái)源:納芯微)

以上阻容分壓電路盡管對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片要求不高,但由于驅(qū)動(dòng)回路元器件數(shù)量較多,容易引入額外寄生電感,會(huì)影響GaN在高頻下的開關(guān)性能。此外,由于阻容分壓電路的關(guān)斷負(fù)壓來(lái)自于電容Cc放電,關(guān)斷負(fù)壓并不可靠。

如以下半橋demo板實(shí)測(cè)波形所示,在啟機(jī)階段(圖中T1)由于電容Cc還沒(méi)有充電,負(fù)壓無(wú)法建立,所以此時(shí)是零壓關(guān)斷;在驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)波后的負(fù)壓關(guān)斷期間(圖中T2),負(fù)壓幅值隨電容放電波動(dòng);在長(zhǎng)時(shí)間關(guān)斷時(shí)(圖中T3),電容負(fù)壓無(wú)法維持,逐漸放電到零伏。因此,阻容分壓電路往往用于對(duì)可靠性要求相對(duì)較低的中小功率電源應(yīng)用,對(duì)于大功率電源系統(tǒng)并不適用。

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(E-mdoe GaN采用阻容分壓驅(qū)動(dòng)電路波形。CH2為驅(qū)動(dòng)供電,CH3為GaN柵源電壓。來(lái)源:納芯微)

2.直驅(qū)式驅(qū)動(dòng)方案

直驅(qū)式驅(qū)動(dòng)方案首先需要選取合適欠壓點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)芯片,如NSI6602VD,專為驅(qū)動(dòng)E-mode GaN設(shè)計(jì)了4V UVLO閾值,再配合外部正負(fù)電源穩(wěn)壓電路,就可以直接驅(qū)動(dòng)E-mode GaN,以下為典型應(yīng)用電路:

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(NSI6602VD驅(qū)動(dòng)電路,來(lái)源:納芯微)

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(正負(fù)電源穩(wěn)壓電路,來(lái)源:納芯微)

這種直驅(qū)式驅(qū)動(dòng)電路在輔助電源正常工作時(shí),各種工況下都可以為GaN提供可靠的關(guān)斷負(fù)壓,因此被廣泛使用在各類高壓大功率GaN應(yīng)用場(chǎng)景

納芯微開發(fā)的新一代GaN驅(qū)動(dòng)NSD2622N則直接將正負(fù)穩(wěn)壓電源集成在芯片內(nèi)部,如以下半橋demo板實(shí)測(cè)波形所示,NSD2622N關(guān)斷負(fù)壓的幅值、維持時(shí)間不受工況影響,在啟機(jī)階段(圖中T1)驅(qū)動(dòng)發(fā)波前負(fù)壓即建立起來(lái);在GaN關(guān)斷期間(圖中T2),負(fù)壓幅值穩(wěn)定;在驅(qū)動(dòng)芯片長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)波時(shí)(圖中T3),負(fù)壓仍然穩(wěn)定可靠。

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(E-mode GaN采用NSD2622N驅(qū)動(dòng)電路波形。CH2為低邊GaN Vds,CH3為低邊GaN Vgs,來(lái)源:納芯微)

簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì),降低系統(tǒng)成本

NSD2622N不僅可以通過(guò)直驅(qū)方式穩(wěn)定、可靠驅(qū)動(dòng)GaN,最為重要的是,NSD2622N通過(guò)內(nèi)部集成正負(fù)穩(wěn)壓電源,顯著減少了外圍電路元器件數(shù)量,并且采用自舉供電方式,極大簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)芯片的供電電路設(shè)計(jì)并降低系統(tǒng)成本

以3kW PSU為例,假設(shè)兩相交錯(cuò)TTP PFC和全橋LLC均采用GaN器件,對(duì)兩種直驅(qū)電路方案的復(fù)雜度進(jìn)行對(duì)比:

如果采用NSI6602VD驅(qū)動(dòng)方案,需要配合相應(yīng)的隔離電源電路與正負(fù)電源穩(wěn)壓電路,意味著每一路半橋的高邊驅(qū)動(dòng)都需要一路獨(dú)立的隔離供電,所以隔離輔助電源的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。鑒于GaN驅(qū)動(dòng)對(duì)供電質(zhì)量要求較高,且PFC和LLC的主功率回路通常分別放置在獨(dú)立板卡上,因此,往往需要采用兩級(jí)輔助電源架構(gòu),第一級(jí)使用寬輸入電壓范圍的器件如flyback生成穩(wěn)壓軌,第二級(jí)可以采用開環(huán)全橋拓?fù)涮峁└綦x電源,并進(jìn)一步穩(wěn)壓生成NSI6602VD所需的正負(fù)供電電源,以下為典型供電架構(gòu):

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(NSI6602VD驅(qū)動(dòng)方案典型供電架構(gòu),來(lái)源:納芯微)

如果采用NSD2622N驅(qū)動(dòng)方案,則可以直接通過(guò)自舉供電的方式來(lái)簡(jiǎn)化輔助電源設(shè)計(jì),以下為典型供電架構(gòu):

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(NSD2622N驅(qū)動(dòng)方案典型供電架構(gòu),來(lái)源:納芯微)

將以上兩種GaN直驅(qū)方案的驅(qū)動(dòng)及供電電路BOM進(jìn)行對(duì)比并匯總在下表,可以看到NSD2622N由于可以采用自舉供電,和NSI6602VD的隔離供電方案相比極大減少了整體元器件數(shù)量,并降低系統(tǒng)成本;即使采用隔離供電方式,NSD2622N由于內(nèi)部集成正負(fù)穩(wěn)壓電源,相比NSI6602VD外圍電路更簡(jiǎn)化,因此整體元器件數(shù)量也更少,系統(tǒng)成本更低。

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(GaN直驅(qū)方案的驅(qū)動(dòng)及供電電路BOM對(duì)比,來(lái)源:納芯微)

適配多種類型GaN,驅(qū)動(dòng)電壓靈活調(diào)節(jié)

納芯微開發(fā)的E-mode GaN驅(qū)動(dòng)芯片NSD2622N,不僅性能強(qiáng)大,還能夠適配不同品牌、不同類型(例如電壓型和電流型)以及不同耐壓等級(jí)的GaN器件。舉例來(lái)說(shuō),NSD2622N的輸出電壓通過(guò)反饋電阻可以設(shè)定5V~6.5V的驅(qū)動(dòng)電壓。這樣一來(lái),在搭配不同品牌的GaN時(shí),僅僅通過(guò)調(diào)節(jié)反饋電阻就可以根據(jù)GaN特性設(shè)定最合適的驅(qū)動(dòng)電壓,使不同品牌的GaN都能工作在最優(yōu)效率點(diǎn)

除此之外,NSD2622N具備最低200V/ns的SW節(jié)點(diǎn)dv/dt抑制能力,提升了GaN開關(guān)速度上限;采用更為緊湊的QFN封裝以及提供獨(dú)立的開通、關(guān)斷輸出引腳,從而進(jìn)一步減小驅(qū)動(dòng)回路并降低寄生電感;提供過(guò)溫保護(hù)功能,使GaN應(yīng)用更安全。

納芯微還可提供單通道GaN驅(qū)動(dòng)芯片NSD2012N,采用3mm*3mm QFN封裝,并增加了負(fù)壓調(diào)節(jié)功能,從而滿足更多個(gè)性化應(yīng)用需求。

審核編輯 黃宇

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    支持16位PWM調(diào)光,集成4路LED驅(qū)動(dòng)氛圍燈驅(qū)動(dòng)NSUC1500點(diǎn)亮座艙新體驗(yàn)

    宣布其SoC產(chǎn)品系列NovoGenius家族迎來(lái)新成員——集成度氛圍燈驅(qū)動(dòng)SoC產(chǎn)品NS
    的頭像 發(fā)表于 01-06 15:58 ?631次閱讀
    支持16位PWM調(diào)光,<b class='flag-5'>集成</b>4路LED<b class='flag-5'>驅(qū)動(dòng)</b>,<b class='flag-5'>納</b><b class='flag-5'>芯</b><b class='flag-5'>微</b>氛圍燈<b class='flag-5'>驅(qū)動(dòng)</b>NSUC1500點(diǎn)亮座艙新體驗(yàn)

    提供全場(chǎng)景GaN驅(qū)動(dòng)IC解決方案

    了更高的要求。 按照柵極特性差異,GaN分為常開的耗盡型(D-mode)和常關(guān)的增強(qiáng)型(E-mode)兩種類型;按照應(yīng)用場(chǎng)景差異,GaN需要隔離或非隔離、低邊或自舉、零伏或負(fù)壓關(guān)斷等
    的頭像 發(fā)表于 11-14 09:22 ?1064次閱讀
    <b class='flag-5'>納</b><b class='flag-5'>芯</b><b class='flag-5'>微</b>提供全場(chǎng)景<b class='flag-5'>GaN</b><b class='flag-5'>驅(qū)動(dòng)</b>IC解決<b class='flag-5'>方案</b>

    PCB高可靠性化要求與發(fā)展——PCB高可靠性的影響因素(上)

    在電子工業(yè)的快速發(fā)展中,印刷電路板(PCB)的可靠性始終是設(shè)計(jì)和制造的核心考量。隨著集成電路(IC)的集成度不斷提升,PCB不僅需要實(shí)現(xiàn)更高的組裝密度,還要應(yīng)對(duì)高頻信號(hào)傳輸?shù)奶魬?zhàn)。這些趨勢(shì)對(duì)PCB
    的頭像 發(fā)表于 10-11 11:20 ?1195次閱讀
    PCB<b class='flag-5'>高可靠性</b>化要求與發(fā)展——PCB<b class='flag-5'>高可靠性</b>的影響因素(上)

    功率GaN加速普及,E-Mode和D-Mode如何選擇?

    ,全球功率GaN市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)從2022年的1.8億美元增長(zhǎng)至13.3億美元,年均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)65%。 ? 而功率GaN器件從柵極技術(shù)路線上,目前有兩種主流的方向,包括增強(qiáng)型E-Mode和耗盡型D-
    的頭像 發(fā)表于 08-09 00:15 ?9836次閱讀
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