前言
现阶段的大多数 GaN 电源系统都是由多个芯片组成。GaN 器件在电路板上组装前采用分立式的元件组装会产生寄生电感，从而影响器件的性能。例如驱动器会在单独的芯片上带有驱动器的分立晶体管，受到驱动器输出级和晶体管输入之间以及半桥开关节点之间的寄生电感的影响，同时GaN HEMT 具有非常高的开关速度，如果寄生电感未被抑制，将会导致信号传输的波动。
近日，纳芯微推出了两款全新的GaN相关产品，分别是GaN驱动NSD2621，一颗高压半桥栅极驱动芯片，专门用于驱动E−mode（增强型）GaN 开关管；集成化的Power Stage产品NSG65N15K，内部集成了高压半桥驱动器和两颗650V耐压的GaN开关管。均可广泛适用于快充、储能、服务器电源等多种GaN应用场景。
半桥驱动芯片NSD2621的亮点
NSD2621将隔离技术应用于高压半桥驱动，使得共模瞬变抗扰度更高，可以耐受700V的负压，有效提升了系统的可靠性。解决了GaN应用桥臂中点SW引脚的共模瞬变和负压尖峰问题。上下管的驱动输出都集成了内部稳压器LDO，可以有效抑制VDD或BST引入的高频干扰，有利于保持栅极驱动信号幅值稳定，保护GaN开关管栅级免受过压应力的影响。
由于GaN器件可以实现反向导通，替代了普通MOSFET体二极管的续流作用，但是一旦负载电流过大会出现高反向导通压降，造成较大的传输损耗，降低了系统效率，所以NSD2621内置20ns~100ns可调的硬件死区时间，可以有效避免发生桥臂直通的情况，桥臂直通是指两个串联的电力电子开关器件同时导通，如果两端有电压，将导致直流电源短路，损坏桥臂功率器件。
如上图所示，CH1为上管驱动输入 ，CH2为下管驱动输入，CH3为上管驱动输出，CH4为下管驱动输出。一开始当上管和下管驱动输入都为高电平时，为避免桥臂直通，上下管驱动输出都为低电平；当下管驱动输入变为低电平，经过30ns的传输延时和内置20ns的死区时间后，上管驱动输出变为高电平。
NSD2621产品特性和功能一览图。
NSG65N15K产品特性
为进一步发挥GaN高频、高速的特性优势，纳芯微同时推出了集成化的Power Stage产品NSG65N15K，内部集成了半桥驱动器NSD2621和两颗耐压650V、导阻电阻150mΩ的GaN开关管，工作电流可达20A。NSG65N15K内部还集成了自举二极管，并且内置可调死区时间、欠压保护、过温保护功能，可以用于图腾柱PFC、ACF和LLC等半桥或全桥拓扑。
1. NSG65N15K用一颗器件取代驱动器和两颗开关管组成的半桥，有效减少元件数量和布板面积。NSG65N15K是9*9mm的QFN封装，相比传统分立方案的两颗5*6mm DFN封装的GaN开关管加上一颗4*4mm QFN封装的高压半桥驱动，加上外围元件，总布板面积可以减小40%以上，从而有效提高电源的功率密度。同时，NSG65N15K的走线更方便PCB布局，有利于实现简洁快速的方案设计。
传统分立方案引入寄生电感
2. NSG65N15K的合封设计有助于减小驱动和开关管之间的寄生电感，简化系统设计并提高可靠性。如上图所示，传统的分立器件方案，会引入由于PCB走线造成的栅极环路电感Lg_pcb和由于GaN内部打线造成的共源极电感Lcs。
其中，栅极环路电感Lg_pcb会在栅极电压开通或关断过程产生振铃，如果振铃超出GaN的栅源电压范围，容易造成栅极击穿；并且在上管开通过程中，高dv/dt产生的米勒电流会在下管的Lg_pcb上产生正向压降，有可能造成GaN的栅极电压大于开启电压，从而误导通。而共源极电感Lcs造成的影响，主要是会限制GaN电流的di/dt，增加额外的开关损耗；此外，在GaN开通过程电流增大，由于di/dt会在Lcs上产生正向压降，降低了GaN的实际栅极电压，增大了开通损耗。
NSG65N15K减小杂散电感的影响。
如上图所示，NSG65N15K通过将驱动器和GaN合封在一起，消除了共源极电感Lcs，并且将栅极回路电感Lg也降到最小，避免了杂散电感的影响，可以有效地提高系统效率与可靠性。
充电头网总结
纳芯微发布的2款新品中的NSG65N15K，将半桥驱动器NSD2621和 HEMT 集成在同一芯片上将有效减少寄生效应和达到 GaN 卓越开关速度的最大化利用，其内置的两个晶体管之间死区时间控制加上高集成度的芯片电路，可以有效减少寄生效应和电路发生短路的情况，最终提高电源的功率密度和转化效率。可广泛适用于快充、储能、服务器电源等多种GaN应用场景，可以为汽车、工业、消费电子、信息通讯等领域提供完整的解决方案。
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纳芯微电子（简称纳芯微，科创板股票代码688052）是高性能高可靠性模拟及混合信号芯片设计公司。自2013年成立以来，公司聚焦信号感知、系统互联、功率驱动三大方向，提供传感器、信号链、隔离、接口、功率驱动、电源管理等丰富的半导体产品及解决方案，并被广泛应用于汽车、工业控制、信息通讯及消费电子领域。纳芯微以“感知”“驱动”未来，共建绿色、智能、互联互通的“芯”世界为使命，致力于为数字世界和现实世界的连接提供芯片级解决方案。
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