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應(yīng)用指南導(dǎo)讀 | 優(yōu)化HV CoolGaN?功率晶體管的PCB布局

作者: 時(shí)間:2025-01-10 來源:英飛凌 收藏

作為寬禁帶半導(dǎo)體,氮化鎵(GaN)以其前所未有的速度、效率和可靠性迅速成為現(xiàn)代功率電子領(lǐng)域的新寵。然而,GaN器件的高速開關(guān)行為也對(duì)設(shè)計(jì)提出了巨大挑戰(zhàn)。因此想要充分發(fā)揮GaN的潛力,我們必須理解和管理產(chǎn)生的寄生阻抗,確保電路正常、可靠地運(yùn)行,并且不會(huì)引起不必要的電磁干擾(EMI)。

本文引用地址:http://2s4d.com/article/202501/466196.htm

《優(yōu)化HV CoolGaN?》應(yīng)用指南 ,主要討論了在使用高壓氮化鎵(GaN)時(shí),如何通過優(yōu)化PCB布局來提升整體電氣性能和熱性能。以下是文件的核心內(nèi)容提煉:

1

引言

  • 高壓氮化鎵(HV CoolGaN?)晶體管:快速開關(guān)能力給PCB布局帶來挑戰(zhàn)。

  • PCB布局優(yōu)化目標(biāo):確保電路正確、可靠運(yùn)行,避免電磁干擾(EMI)。

  • 關(guān)鍵概念:理解寄生阻抗、電流流動(dòng)路徑的重要性。

2

實(shí)際問題

  • 寄生元件:包括寄生電阻、寄生電容和寄生電感,可導(dǎo)致電路故障、EMI、振蕩等問題。

  • 快速開關(guān)問題:GaN晶體管的快速開關(guān)導(dǎo)致高峰值電流和dv/dt、di/dt值,增加布局挑戰(zhàn)。

3

半橋拓?fù)?/span>

  • 半橋拓?fù)鋺?yīng)用:電力電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,適合GaN晶體管。

  • 強(qiáng)制函數(shù)概念:電流被視為強(qiáng)制函數(shù),電壓變化是電流變化的效應(yīng)。

4

互感和部分電感

  • 電感概念:包括總電感、部分電感和互感,互感可正可負(fù),影響總電感。

  • 布局影響:PCB布局中的電流路徑和返回路徑的幾何關(guān)系決定互感大小。

5

封裝電感

  • 封裝電感值:直插式封裝電感相對(duì)固定,表面貼裝封裝電感取決于布局。

  • 優(yōu)化布局:通過優(yōu)化電流返回路徑降低封裝電感。

6

頂部散熱式晶體管封裝

  • 優(yōu)點(diǎn):無需熱通孔,降低成本,允許獨(dú)立優(yōu)化電氣布局。

  • 熱界面材料:用于連接散熱器和晶體管,提供熱路徑。

7

功率回路布局選項(xiàng)

  • 不同布局比較:包括TO-247封裝、表面貼裝TOLL布局等。

  • 過電壓評(píng)估:通過估算不同布局下的過電壓,選擇合適的布局。

8

柵極驅(qū)動(dòng)布局

  • 柵極驅(qū)動(dòng)回路:低阻抗設(shè)計(jì),避免振鈴、過沖等問題。

  • 布局挑戰(zhàn):優(yōu)化柵極驅(qū)動(dòng)布局與電源回路布局之間的權(quán)衡。

9

驅(qū)動(dòng)法拉第屏蔽

  • 屏蔽作用:減輕柵極驅(qū)動(dòng)電路與總線接地平面之間的共模電容影響。

  • 實(shí)施方法:在PCB背面添加地平面,隔離柵極驅(qū)動(dòng)電路與總線接地電容。

10

主要建議摘要

  • 考慮電流流動(dòng)路徑:包括寄生元件和返回路徑。

  • 優(yōu)化布局電感:利用薄電介質(zhì)PCB層,減少布局電感。

  • 封裝與散熱:選擇頂部冷卻封裝,優(yōu)化電氣和熱路徑。

  • 柵極驅(qū)動(dòng)布局:使用平面作為返回路徑,避免電容電流干擾。

  • 保持開關(guān)節(jié)點(diǎn)緊湊:降低電容和輻射。



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