Texas Instrument LMG3522R050 650V GaN FET具有集成式驅(qū)動器和保護功能，適用于開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器，可讓設(shè)計人員實現(xiàn)更高水平的功率密度和效率。LMG3522R050集成了一個硅驅(qū)動器，可實現(xiàn)高達150V/ns的開關(guān)速度。與分立式硅柵極驅(qū)動器相比，TI的集成式精密柵極偏置可實現(xiàn)更高的開關(guān)SOA。這種集成特性與TI的低電感封裝技術(shù)相結(jié)合，可在硬開關(guān)電源拓撲中提供超小的振鈴和干凈的開關(guān)。可調(diào)柵極驅(qū)動強度允許將壓擺率控制在15V/ns至150V/ns之間，這可用于主動控制EMI并優(yōu)化開關(guān)性能。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments LMG3522R050 650V GaN FET數(shù)據(jù)手冊.pdf

高級電源管理功能包括數(shù)字溫度報告和故障檢測。GaN FET的溫度通過可變占空比PWM輸出進行報告，這可簡化器件加載管理。報告故障包括過溫、過流和UVLO監(jiān)控。

特性

帶集成柵極驅(qū)動器的650V GaN-on-Si FET
- 集成高精度柵極偏置電壓
- 200V/ns FET釋抑
- 3.6MHz開關(guān)頻率
- 15V/ns到150V/ns轉(zhuǎn)換速率，用于優(yōu)化開關(guān)性能和緩解EMI
- 在7.5V至18V電源下工作
高級電源管理
- 數(shù)字溫度PWM輸出
強大的保護功能
- 逐周期過流和鎖存短路保護，響應(yīng)時間<100ns
- 硬開關(guān)時可承受720 V浪涌
- 針對內(nèi)部過熱和UVLO監(jiān)控的自我保護
頂部冷卻12mm × 12mm VQFN封裝將電氣路徑和熱路徑分開，以實現(xiàn)最低的功率環(huán)路電感

簡化框圖

德州儀器LMG352xR050 650V GaN FET集成驅(qū)動技術(shù)解析

核心技術(shù)特性

1. 集成驅(qū)動架構(gòu)

?直接驅(qū)動技術(shù)?：摒棄傳統(tǒng)cascode結(jié)構(gòu)，采用Si FET與GaN器件串聯(lián)的直接驅(qū)動架構(gòu)
?可調(diào)開關(guān)速率?：通過RDRV引腳可調(diào)節(jié)15-150V/ns的開關(guān)速率
?高精度柵極偏置?：集成精密柵極偏置電壓，提供優(yōu)于分立硅柵極驅(qū)動的開關(guān)性能
?高頻能力?：支持最高3.6MHz開關(guān)頻率（VVDD≥9V時）

2. 先進保護機制

? 過流保護(OCP) ?：45-65A閾值，循環(huán)周期保護模式
? 短路保護(SCP) ?：65-95A閾值，<100ns響應(yīng)時間
?雙重溫度保護?：
- GaN過熱保護：175℃觸發(fā)（30℃遲滯）
- 驅(qū)動器過熱保護：185℃觸發(fā)（20℃遲滯）
?電源監(jiān)控?：VDD和VNEG UVLO保護

3. 熱管理創(chuàng)新

?數(shù)字溫度報告?：通過TEMP引腳輸出9kHz PWM信號，占空比對應(yīng)結(jié)溫（25℃時為3%，150℃時為82%）
?熱共享設(shè)計?：頂部冷卻封裝分離電氣和熱路徑
? θJC(top) ?：0.68°C/W（頂部至外殼熱阻）

關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

1. 直接驅(qū)動GaN架構(gòu)

LMG352xR050采用創(chuàng)新的直接驅(qū)動架構(gòu)，通過內(nèi)部buck-boost轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生-14V負電壓直接關(guān)斷GaN器件。相比傳統(tǒng)cascode結(jié)構(gòu)具有三大優(yōu)勢：

降低GaN柵源電荷(QGS)
避免Si MOSFET雪崩風險
實現(xiàn)可調(diào)的開關(guān)速率控制

2. 零電壓檢測功能（僅LMG3526R050）

?ZVD引腳?：檢測到零電壓開關(guān)(ZVS)時輸出75-140ns脈沖信號
?應(yīng)用價值?：簡化LLC、TCM圖騰柱PFC等軟開關(guān)拓撲的設(shè)計
?典型參數(shù)?：
- 檢測延遲(TDL_ZVD)：15-30ns
- 脈沖寬度(TWD_ZVD)：75-140ns
- 最小第三象限導通時間(T3rd_ZVD)：42-56ns

3. 理想二極管模式(OTSD-IDM)

當GaN器件過熱時自動進入特殊保護模式：

阻斷第一象限電流（正向關(guān)斷）
導通第三象限電流（反向?qū)ǎ?/li>
狀態(tài)機包括三個工作狀態(tài)，通過監(jiān)測IN信號和VDS實現(xiàn)智能切換

典型應(yīng)用設(shè)計

1. 半橋配置要點

?關(guān)鍵元件選型?：

?BBSW電感?：4.7μH（飽和電流>1A）
?VNEG電容?：2.2μF陶瓷電容（低ESR）
?柵極電阻?：根據(jù)所需開關(guān)速率選擇1-500kΩ

?布局指南?：

采用4層PCB板設(shè)計
功率回路面積最小化（典型值2.5nH）
VNEG去耦電容就近放置（距離<5mm）
信號走線下方設(shè)置接地屏蔽層

2. 熱設(shè)計建議

?散熱方案?：頂部安裝散熱器（需電氣隔離）
?PCB熱優(yōu)化?：
- 使用3oz銅厚
- 添加散熱過孔陣列（直徑0.3mm，間距1mm）
- 底部開關(guān)節(jié)點銅面積最小化

3. 故障處理機制

故障類型	檢測方式	響應(yīng)時間	恢復方式
過流	電流閾值	<170ns	周期循環(huán)
短路	di/dt檢測	<100ns	需IN復位
過熱	溫度傳感器	-	自動恢復
UVLO	電壓監(jiān)測	-	自動恢復

性能參數(shù)對比

參數(shù)	LMG3522R050	LMG3526R050	單位
RDS(on)@25℃	43	43	mΩ
峰值驅(qū)動電流	±10	±10	A
開關(guān)速率范圍	15-150	15-150	V/ns
ZVD功能	無	有	-
工作結(jié)溫	-40~125	-40~125	℃

設(shè)計資源

TI為LMG352xR050提供完整支持：

?參考設(shè)計?：TIDA-020031（半橋方案）
?計算工具?：柵極驅(qū)動設(shè)計Excel工具
?模型文件?：PSpice和IBIS模型
?安全文檔?：ISO 26262 ASIL B合規(guī)報告

應(yīng)用領(lǐng)域

?服務(wù)器/電信電源?：
- 高效率PFC電路
- 高頻DC-DC轉(zhuǎn)換
?可再生能源?：
- 太陽能逆變器
- 儲能系統(tǒng)
?工業(yè)驅(qū)動?：
- 電機控制器
- 工業(yè)電源
?汽車電子?：
- 車載充電器(OBC)
- 48V/12V DC-DC轉(zhuǎn)換器

總結(jié)

LMG352xR050系列通過高度集成解決了GaN應(yīng)用中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)：

集成驅(qū)動簡化布局并提高可靠性
可調(diào)開關(guān)速率優(yōu)化EMI與效率平衡
先進保護機制增強系統(tǒng)魯棒性
溫度監(jiān)測實現(xiàn)智能熱管理

隨著電力電子向高頻高效發(fā)展，此類智能GaN解決方案將在數(shù)據(jù)中心、電動汽車和可再生能源領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。設(shè)計人員應(yīng)特別注意功率回路布局和熱設(shè)計，以充分發(fā)揮器件性能潛力。

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