Блог компании Полумостовая силовая ИС Navitas NV6247C GaNFast™ с технологией GaNSense™

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. поставляет NavitasNV6247C, полумостовая силовая микросхема GaNFast™, использующая технологию GaNSense™.

Я.NV6247CОбзор продукта

NV6247C— это флагманская интегрированная полумостовая микросхема питания с напряжением 650 В, в которой реализована двухъядерная технология Navitas GaNFast™+GaNSense™. Он принадлежит к семейству полумостовых продуктов NV624X и по сравнению с NV6245C (двойной полевой транзистор 275 мОм). Он имеет комбинированное сопротивление открытого состояния 160 мОм на двух GaN-транзисторах и работает в диапазоне мощности 65–400 Вт. За счет интеграции двойных силовых GaN-транзисторов, драйверов затворов, преобразователей уровня, схем выборки без потерь и схем самозащиты, необходимых для интегрированной полумостовой топологии. Он заменяет фрагментированное решение, состоящее из традиционных дискретных МОП-транзисторов + драйверов + выборочных резисторов + компонентов периферийной защиты, выступая в качестве стандартизированного блока питания для источников питания с быстрой зарядкой, тотемных PFC, бесщеточных приводов BLDC и источников питания с большим экраном. Устройство размещено в 32-контактном термически улучшенном корпусе PQFN для поверхностного монтажа размером 6×8 мм с двумя открытыми термопрокладками большой площади для оптимизации рассеивания тепла. Он работает в диапазоне температур от -55°C до +150°C, обеспечивает полную защиту от электростатического разряда 2 кВ и поддерживает широкий диапазон напряжения питания VCC 10–24 В, отвечая строгим требованиям безопасности и контроля температуры, предъявляемым к бытовой электронике, малой бытовой технике и маломощному промышленному оборудованию.

II.NV6247CБазовая архитектура: монолитное интегрированное полумостовое ядро ​​GaNFast™

GaNFast™, технология изготовления зрелых пластин из нитрида галлия от Nanowei, составляет основуNV6247Cпроизводительность. В нем используется монолитная конструкция, объединяющая схемы GaN и драйвера в одном корпусе, тем самым устраняя в источнике проблемы колебаний затвора, сбоев переключения и ложного запуска, вызванных паразитной индуктивностью контура затвора в дискретных решениях:

NV6247Cвключает в себя два высокопроизводительных GaN-переключателя питания на 650 В: один чип объединяет полевые транзисторы на нитриде галлия GaNFast™ как на верхней, так и на нижней стороне с общим сопротивлением в открытом состоянии 160 мОм, рассчитанным на 650 В с пиковым переходным выдерживаемым напряжением до 800 В. По сравнению с кремниевыми МОП-транзисторами той же спецификации потери переключения снижены более чем на 60%, поддерживаются сверхвысокие частоты переключения до 2 МГц. Это облегчает миниатюризацию магнитных компонентов, таких как силовые трансформаторы и катушки индуктивности, уменьшая общий размер блока питания более чем на 30%;

Встроенная интеграция драйверов верхнего и нижнего плеча, а также схем начальной загрузки: встроенная интеграция модулей смещения уровня верхнего уровня и модулей начальной загрузки напряжения устраняет необходимость во внешних высоковольтных бутстреп-диодах и связанных с ними конденсаторах; извне требуются только входы цифрового логического уровня (совместимые со стандартными сигналами контроллера 3,3 В). Разработчикам не нужно отлаживать синхронизацию привода верхнего и нижнего плеча; простое подключение ШИМ-сигнала основного контроллера напрямую обеспечивает работу полумоста, уменьшая спецификацию аппаратного обеспечения более чем на 60% и занимаемую площадь на печатной плате на 61%;

Оптимизированная адаптация топологии мягкого переключения: настройка процесса была выполнена для основных топологий мягкого переключения, таких как резонанс LLC, активное ограничение AHB и тотемный PFC, что значительно снижает коммутационные пики и помехи dv/dt, тем самым снижая затраты на устранение электромагнитных помех. Это делает его предпочтительным решением для мощной быстрой зарядки USB-PD 3.1 мощностью 120–240 Вт и блоков питания ЖК-телевизоров.

III.NV6247CПрорывная технология: GaNSense™ — запатентованное измерение без потерь и сверхбыстрая автономная защита

GaNSense™ представляет собой основное отличиеNV6247Cпо сравнению со стандартными интегрированными полумостовыми решениями GaN. Он отходит от традиционной архитектуры обнаружения тока, основанной на выборочных резисторах, обеспечивая две ключевые возможности: встроенное измерение тока без потерь и автономную защиту от сбоев на наносекундном уровне. Это также ключевая технология для интеллектуальной работы широкозонных силовых микросхем:

1. Встроенное измерение тока без потерь

Отказавшись от традиционной конструкции последовательных резисторов выборки мощности (Rcs), эта технология использует характеристики канала пластины GaN для измерения тока на месте. Благодаря нулевым потерям выборки и отсутствию выделения тепла из резисторов выборки это не только повышает эффективность источника питания при полной нагрузке на 0,5–1,2%, но также устраняет необходимость в мощных резисторах выборки на печатной плате, упрощая конструкцию управления температурным режимом; Сигнал выборки может быть напрямую направлен в микроконтроллер для управления постоянным током с обратной связью и мониторинга мощности, что делает его широко применимым для сценариев быстрой зарядки с постоянной выходной мощностью и управления ограничением тока двигателя.

2. Сверхбыстрая автономная защита 30 нс (вмешательство MCU не требуется)

GaNSense™ включает в себя встроенную логику обнаружения неисправностей, включая перегрузку по току (OCP), перегрев (OTP), защиту от короткого замыкания и блокировку при пониженном напряжении (UVLO). Все эти операции управляются через полностью автономную аппаратную систему с замкнутым контуром: при обнаружении короткого замыкания или сквозного отказа оба GaN-переключателя мгновенно отключаются в течение 30 нс. Это представляет собой почти 200-кратное улучшение по сравнению со скоростью выключения 5–10 мкс дискретных решений, обеспечивая самоблокирующуюся защиту без ожидания команды выключения от основного чипа управления, тем самым исключая риск разрушения устройства на аппаратном уровне; Чип оснащен встроенным датчиком глобальной температуры; если температура перехода превышает пороговое значение, он автоматически снижает мощность или блокирует выход, что значительно повышает надежность в суровых условиях эксплуатации, что делает его особенно подходящим для применений с высоким риском, таких как остановка двигателя и короткое замыкание источника питания.

IV. Ключевые электрические параметрыNV6247C

Номинальное напряжение: 650 В (пиковое 800 В)

Общее сопротивление двойных полевых транзисторов в открытом состоянии: 160 мОм.

Рекомендуемая рабочая мощность: 65–400 Вт.

Рабочая частота переключения: 0–2 МГц

Напряжение питания (VCC): 10–24 В.

Рабочая температура: от –55°C до +150°C.

Размер упаковки: 6×8 мм PQFN-32 (двойные теплоотводящие пластины)

Степень защиты: 2 кВ ESD, четырехкратная защита OCP/OTP/байпас/UVLO.

V. Основные сценарии применения дляNV6247C

Мощные источники питания USB-C для быстрой зарядки (100–240 Вт): подходят для многопортовых зарядных устройств GaN PD 3.1 мощностью 240 Вт, использующих топологии AHB/LLC. Использование высокочастотных характеристик для уменьшения размера трансформатора, что обеспечивает компактную и мощную быструю зарядку;

Драйверы двигателей BLDC для бытовой техники (100–400 Вт): блендеры, компрессоры холодильников с инверторным управлением, вентиляторы внутренних кондиционеров и водяные насосы. Одноплечевые полумостовые конфигурации трехфазного инвертора или несколько микросхем NV6247C, объединенных в трехфазный полномостовой инвертор. Функция быстрой защиты от короткого замыкания GaNSense подходит для двигателей с частыми остановами;

Промышленные и AV-источники питания: встроенные блоки питания мощностью более 200 Вт для ЖК-телевизоров/мониторов, схемы предварительного повышения PFC с тотемным полюсом и импульсные источники питания для небольшого промышленного оборудования управления;

Вспомогательные источники питания для хранения энергии: предварительные каскады инверторов постоянного тока малой мощности для портативных накопителей энергии и модули вспомогательных источников питания для уличных электростанций.

VI. РезюмеNV6247CОсновные преимущества

Минимальная разработка аппаратного обеспечения: одна микросхема заменяет более 10 дискретных компонентов, сокращая цикл исследований и разработок источника питания, обеспечивая «единовременную компоновку для массового производства» и снижая затраты на закупку компонентов и сборку;

Максимальная энергоэффективность: сочетая низкие потери переключения GaNFast с выборкой без потерь GaNSense, система достигает эффективности полной нагрузки, превышающей 94%, обеспечивая более чем на 5% большую экономию энергии по сравнению с решениями на основе кремния;

Исключительная надежность системы: аппаратная самозащита за 30 нс в сочетании с беззатворной архитектурой колебаний значительно снижает частоту послепродажных отказов, что делает ее подходящей для требовательных автомобильных периферийных устройств и небольших промышленных приборов, требующих длительной непрерывной работы;

Миниатюризация: высокочастотный режим 2 МГц существенно уменьшает размер магнитных компонентов, обеспечивая тонкие и компактные конструкции зарядных устройств и контроллеров двигателей, что соответствует тенденции к миниатюризации в бытовой электронике.