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划重点 | 几个氮化镓GaN驱动器PCB设计必须掌握的要点

2023-5-17 14:15| 发布者: 闪电| 查看: 14| 评论: 0

摘要: NCP51820 是一款 650 V、高速、半桥驱动器,能够以高达 200 V/ns 的 dV/dt 速率驱动氮化镓(以下简称“GaN”)功率开关。之前我们简单介绍过氮化镓GaN驱动器的PCB设计策略概要( ...


本设计文档其余部分引用的布线示例将使用含有源极开尔文连接引脚的 GaNFET 封装


VDD 电容

VDD 引脚应有两个尽可能靠近 VDD 引脚放置的陶瓷电容。如图 7 所示,较低值的高频旁路电容(通常为 0.1 μF)应与第二个并联电容(1 μF)一起放在最靠近 VDD 引脚的位置。

               

图1. NCP51820 VDD 电容布局和布线


所有走线须尽可能短而直。可以使用过孔,因为 VDD 电流相对较低。SGND 返回平面对于其屏蔽特性以及让所有信号侧接地回路保持相同电位很有好处,建议使用。SGND 平面位于第 2 层,使其靠近信号侧元器件和 NCP51820。所有信号侧元器件都放在 SGND 平面上,并通过过孔连接。VDD 引脚和 VDD 电容之间应建立直接连接,最好使用过孔作为 SGND 平面的返回连接。


如图1所示,两个 VDD 电容的接地连接并在一起,并通过单个过孔连接到 SGND 平面。如果可能,最好使用不间断的实心 SGND 接地平面,以免形成接地环路。建议将“安静”的 SGND 平面延伸到 NCP51820 下方,以帮助屏蔽驱动器 IC,使其不受噪声影响。注意在图1中,SGND 平面没有延伸到 NCP51820 栅极驱动器输出引脚下方。这是有意为之,目的是避免噪声从栅极驱动 di/dt 峰值拉电流和灌电流耦合到 SGND 平面中。


VBST 电容和二极管、

VDDH 和 VDDL 旁路电容

VBST 电容应尽可能靠近 VBST 引脚放置。VBST 电容返回引脚应连接到 GaNFET 的驱动器 SW 引脚、VDDH 返回引脚和源极开尔文引脚。每个连接都是通过过孔接到 HS 栅极返回平面,如图2所示。务必注意,不应从功率级开关节点接回到 NCP51820。请勿将 VBST 电容连接到功率级开关节点。“开关节点”的唯一连接是通过 HS GaNFET 源极开尔文引脚。


HS 栅极返回平面的设计应注意,不得与功率级开关节点发生重叠或相互作用。同样,LS 栅极返回平面的设计应注意,不得与 LS GaNFET 电源地发生重叠或相互作用。请勿将 SGND 平面放在 VBST 二极管或 VBST 电容下方,因为 VBST 二极管的阴极上存在高 dV/dt,它可能会将噪声注入 SGND 平面。


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图2. NCP51820 VBST 电容和二极管、VDDH 和 VDDL 电容


VDDH 电容应尽可能靠近 VDDH 引脚放置。如图2所示,VDDH 电容返回引脚应通过过孔连接到 HS 栅极返回平面(与 VBST 电容共用一个双过孔连接)。


VDDL 电容应尽可能靠近 VDDL 引脚放置。如图2所示,VDDL 电容返回引脚应通过过孔连接到 LS 栅极返回平面。VDDL 电容返回引脚必须连接到驱动器上的 PGND 引脚。VDDL 电容返回引脚通过过孔连接到 LS 栅极返回平面,该平面也通过过孔连接到驱动器 PGND 引脚。


由于栅极驱动电流峰值很高,并且为了降低过孔寄生电感,VBST、VDDH 和 VDDL 需要多个过孔。在此示例中,每个 GaNFET 栅极返回连接使用四个过孔。这是一个合理的折衷考虑,一方面能在 NCP51820 栅极驱动器返回引脚与 GaNFET 返回引脚之间获得低阻抗连接,另一方面能保持实心返回平面和良好的屏蔽完整性。如果可能,最好使用导电材料填充的过孔,因为其相关电感更低。


栅极驱动布线

当 NCP51820 向 HS GaNFET 栅极提供电流时,该栅极电流来自 VDDH 调节器旁路电容中储存的电荷。如图3所示,拉电流流经 HO 驱动器源极阻抗和栅源电阻,进入 GaNFET 栅极。然后,电流从 GaNFET 源极开尔文引脚返回,又回到 VDDH 旁路电容。

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图3. 高压侧栅极驱动拉电流


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