前言

NV6169作為先進的納微第三代氮化鎵平臺中額定功率最高的功率芯片。采用 GaNSense 技術的 GaNFast 功率芯片具有無損電流感應和最快的短路保護，實現“檢測到保護”的速度僅為30ns，比分立解決方案快6倍。在電機驅動應用中，與IGBT相比，氮化鎵功率芯片可節省高達40%的能源，消除30個外部組件，并將系統效率提高8%。

近期，Navitas納微發布了NV6169的應用筆記，細介紹了NV6169和GaNSense的功能、原理圖和PCB布線指南、電路示例和波形、以及散熱管理說明。這些說明可以幫助實現最高效率和功率密度，以實現最高水平的系統穩健性和可靠性。

NV6169應用筆記

憑借集成的柵極驅動、寬范圍的Vcc和PWM輸入、內部ESD保護和較大的散熱焊盤等優勢，GaNFast功率IC已在多種高密度電源產品中得到采用。

GaNSense技術還提供另一層關鍵特性，包括無損電流感應、OCP、OTP和自動待機模式，這些特性可以提高系統穩健性和可靠性，實現更高的系統效率，并降低待機功耗。這些GaN功率IC具有易用性和設計靈活性，可與所有流行的拓撲和控制器兼容，可實現高頻開關。

外部電源轉換電路的大部分開關電流從漏極引腳流經GaN功率FET，然后流向源極引腳。GaN IC產生的熱量必須通過源極散熱焊盤導出到PCB。然后使用較大的PCB覆銅區域和散熱孔將熱量傳導到PCB的另一側和/或具有較大覆銅區域的內層，然后熱量可以在此處散開和冷卻。

為了進一步將GaNSense產品系列擴展到更高功率的應用，NV6169 45mΩ 版本采用了 PQFN 8x8 封裝。NV6169的IC引腳包括漏極引腳(D)、源極引腳(S)、IC電源(Vcc)、柵極驅動電源(Voo)、柵極驅動開啟控制SET輸入(Roo)、PWM輸入(PWM)、故障輸出(FLT)、電流感應輸出(CS)、自動待機模式輸入(STBY)、5V電源(5V)、以及一個較大的源極散熱焊盤。

對于許多應用，有必要感應流經GaN IC的逐周期電流。現有的電流感應解決方案包括在功率FET的源極連接和PGND之間放置一個串聯電流感應電阻。使用外部電流感應電阻會增加系統傳導功率損耗，在PCB上產生熱點，并降低整體系統效率。

為了消除外部電阻器和熱點并提高系統效率，這款GaN IC集成了精確且可配置的無損電流感應。GaNSense技術與現有的外部電阻感應方法相比，總導通電阻有顯著的降低。

在基準測試期間，開關波形顯示了在電感式開關升壓CCM條件下CS引腳跟隨性能與電感電流的關系。開關性能在30A電流水平下，表現出了出色的Vcs和電感電流實時匹配和跟隨。為了顯示跟隨精度，所有波形的CS引腳電壓刻度均基于Rcs增益計算，以匹配電流探頭刻度。

該GaN IC包含逐周期過流檢測和保護(OCP)電路，以保護GaN IC免受高電流水平的影響。在每個開關周期的導通時間內，如果峰值電流超過內部OCP閾值(1.9V，典型值)，則內部柵極驅動器將快速關閉GaN IC，并縮短導通時間以防止IC發生損壞。

NV6169包含過溫檢測和保護(OTP)電路，可保護IC免受過高結溫的影響。由于過載、高環境溫度和/或不良的散熱管理，可能會出現高結溫。如果結溫超過內部閾值(165℃，典型值)，那么IC將安全鎖定。當結溫再次下降并低于內部閾值(105℃，典型值)時，OTP鎖存器將被復位。

在第一次啟動脈沖期間或硬開關狀態期間，最好限制GaN IC在導通期間的漏極電壓變換速率(dV/dt)。這是降低EMI或降低電路開關噪聲所必需的。

該GaN IC包含自動低功耗待機模式，來禁用IC并降低Vcc電流消耗。在正常工作模式下，PWM引腳產生驅動信號以開啟和關閉GaN IC。

要獲得最佳的電氣和散熱效果，必須遵循應用筆記給出的PCB布線指南和步驟。

以上示例顯示了NV6169 PQFN 8x8 mm正確布線的PCB測試板示例。所有元件都放置和布線在頂層，使得所有其他層可以用于較大的覆銅區域和散熱孔。如果使用4層PCB，則可以獲得額外的散熱覆銅區域。

以上熱模型是針對GaN IC安裝在PCB一側的PCB子卡。GaN IC產生的熱量流經封裝引線框架，流向PCB覆銅層和散熱孔，通過導熱界面材料(TIM)，并橫向通過PCB流向側面。然后TIM進入安全絕緣材料(麥拉片)，然后進入銅屏蔽層(用于散熱和EMI抑制)。

散熱管理方面，常用于屏蔽層的材料包括銅或鋁。也可以使用鋼，實現更好的EMI屏蔽，并且通常鍍錫以防止生銹或腐蝕。上表總結了一些可以使用的熱疊層和屏蔽層材料。

充電頭網總結

Navitas 納微半導體的新一代GaNFast功率芯片采用了GaNSense技術，具備控制、驅動、感應和保護等功能，適用于移動、消費、工業、數據中心和企業等市場領域的30W至1kW的應用。集成柵極驅動消除了寄生柵極環路電感，并可以防止柵極振鈴和毛刺。

45mΩ的NV6169采用行業標準的、輕薄、低電感、8 x 8 mm PQFN 封裝，導通電阻降低36%，功率提高50%，用于高效率、高密度的電力系統。與競爭解決方案不同，NV6169額定工作電壓為650V，額定峰值額定電壓為800V，可在瞬態事件期間穩定工作。作為真正的集成功率芯片，GaN柵極受到全面保護，整個器件的額定靜電放電(ESD)規格為業界領先的2kV。