وبلاگ شرکت در مورد آی سی برقی GaNFast™ نیمه پل Navitas NV6247C با فناوری GaNSense™

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. Navitas را تامین می کندNV6247Cیک آی سی برق نیمه پل GaNFast™ با فناوری GaNSense™.

منNV6247Cبررسی اجمالی محصول

راNV6247Cیک آی سی برق نیمه پل یکپارچه 650 ولتی پرچمدار است که فناوری دو هسته ای GaNFast™+GaNSense™ Navitas را پیاده سازی می کند. این محصول به خانواده محصولات نیم پل NV624X تعلق دارد و در مقایسه با NV6245C (275mΩ با FET دوگانه). دارای مقاومت ترکیبی 160mΩ در دو GaN FET است و در محدوده توان 65-400W کار می کند. با ادغام FET های قدرت دوگانه GaN، درایورهای دروازه، شیفترهای سطح، نمونه برداری بدون تلفات و مدارهای محافظت از خود مورد نیاز برای توپولوژی نیم پل یکپارچه. این جایگزین راه حل تکه تکه شده ماسفت های گسسته سنتی + درایورها + مقاومت های نمونه گیری + اجزای حفاظت محیطی است که به عنوان یک بلوک ساختمان استاندارد برای منبع تغذیه شارژ سریع، PFC قطب توتم، درایوهای موتور بدون جاروبک BLDC و منابع تغذیه صفحه بزرگ عمل می کند. این دستگاه در یک بسته 6×8 میلی‌متری 32 پین PQFN که دارای دو پد حرارتی در معرض سطح وسیع برای بهینه‌سازی اتلاف گرما است، قرار گرفته است. این در محدوده دمایی -55 درجه سانتیگراد تا +150 درجه سانتیگراد کار می کند، محافظت کامل 2 کیلو ولت ESD را ارائه می دهد و از محدوده ولتاژ تغذیه VCC گسترده 10 تا 24 ولت پشتیبانی می کند، که الزامات ایمنی و کنترل دما سختگیرانه لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم خانگی کوچک و تجهیزات صنعتی کم مصرف را برآورده می کند.

II.NV6247Cمعماری هسته: هسته نیمه پل یکپارچه GaNFast™

GaNFast™، فرآیند ویفر گالیوم نیترید بالغ نانووی، پایه و اساسNV6247Cعملکرد این یک طراحی یکپارچه را به کار می گیرد که مدارهای GaN و درایور را در یک بسته واحد ادغام می کند، بنابراین در منبع، مسائل مربوط به نوسان دروازه، اشکالات سوئیچینگ و تحریک کاذب ناشی از اندوکتانس انگلی حلقه دروازه در راه حل های گسسته را حذف می کند:

راNV6247Cدارای دو سوئیچ قدرت GaN با کارایی بالا 650 ولت: یک تراشه واحد از FET های نیترید گالیوم GaNFast™ سمت بالا و پایین، با مقاومت ترکیبی 160 میلی اهم، با ولتاژ 650 ولت با حداکثر ولتاژ مقاومتی گذرا تا 800 ولت، ادغام می شود. در مقایسه با ماسفت‌های سیلیکونی با مشخصات مشابه، تلفات سوئیچینگ تا بیش از 60 درصد کاهش می‌یابد که از فرکانس‌های سوئیچینگ فوق‌العاده تا 2 مگاهرتز پشتیبانی می‌کند. این امر کوچک سازی اجزای مغناطیسی مانند ترانسفورماتورهای قدرت و سلف ها را تسهیل می کند و اندازه کلی واحد منبع تغذیه را بیش از 30٪ کاهش می دهد.

ادغام بومی درایورهای سمت بالا و پایین و مدارهای بوت استرپ: ادغام روی تراشه ماژول های تنظیم ولتاژ شیفت سطح بالا و بوت استرپ نیاز به دیودهای بوت استرپ ولتاژ بالا خارجی و خازن های مرتبط را از بین می برد. فقط ورودی‌های سطح منطق دیجیتال خارجی مورد نیاز است (سازگار با سیگنال‌های کنترل‌کننده استاندارد 3.3 ولت)، توسعه‌دهندگان نیازی به اشکال‌زدایی زمان‌بندی درایو سمت بالا و پایین ندارند. اتصال ساده سیگنال PWM کنترل کننده اصلی به طور مستقیم عملکرد نیم پل را فعال می کند و BOM سخت افزاری را بیش از 60٪ و ردپای PCB را تا 61٪ کاهش می دهد.

انطباق توپولوژی سوئیچینگ نرم بهینه: تنظیم فرآیند برای توپولوژی های اصلی سوئیچینگ نرم مانند رزونانس LLC، گیره فعال AHB و PFC قطب توتم انجام شده است، که به طور قابل توجهی اسپایک های سوئیچینگ و تداخل dv/dt را کاهش می دهد و در نتیجه هزینه های اصلاح EMI را کاهش می دهد. این امر آن را به راه حل ترجیحی برای شارژ سریع 120-240 واتی USB-PD 3.1 و منبع تغذیه تلویزیون LCD تبدیل می کند.

III.NV6247Cفناوری نوآورانه: GaNSense™ – حسگر اختصاصی بدون تلفات و حفاظت خودکار فوق سریع

GaNSense™ نشان دهنده تمایز اصلی استNV6247Cدر مقایسه با راه حل های استاندارد GaN نیم پل یکپارچه. این سیستم از معماری سنتی تشخیص جریان متکی به مقاومت های نمونه برداری جدا می شود و به دو قابلیت کلیدی دست می یابد: سنجش جریان بدون تلفات روی تراشه و حفاظت از خطای مستقل در سطح نانوثانیه. همچنین یک فناوری کلیدی برای کارکرد هوشمند آی سی های قدرت باندگپ گسترده است:

1. سنجش جریان بدون تلفات روی تراشه

با کنار گذاشتن طراحی سنتی مقاومت‌های نمونه‌گیری توان سری (Rcs)، این فناوری از ویژگی‌های کانال ویفر GaN برای حس کردن جریان در محل استفاده می‌کند. با اتلاف نمونه برداری صفر و عدم تولید گرما از مقاومت های نمونه برداری، نه تنها بازده بار کامل منبع تغذیه را 0.5٪ تا 1.2٪ بهبود می بخشد، بلکه نیاز به مقاومت های نمونه برداری با توان بالا را بر روی PCB حذف می کند و طراحی مدیریت حرارتی را ساده می کند. سیگنال نمونه‌برداری را می‌توان مستقیماً به MCU برای کنترل جریان ثابت حلقه بسته و نظارت بر توان هدایت کرد، که باعث می‌شود آن را به طور گسترده برای سناریوهای کنترل خروجی توان ثابت با شارژ سریع و سناریوهای کنترل محدودکننده جریان موتور به کار گیرد.

2. حفاظت خودکار فوق سریع 30 ثانیه (بدون نیاز به مداخله MCU)

GaNSense™ منطق تشخیص خطا روی تراشه را با جریان اضافه (OCP)، دمای بیش از حد (OTP)، حفاظت از اتصال کوتاه و قفل ولتاژ پایین (UVLO) ترکیب می‌کند که همگی از طریق یک سیستم حلقه بسته سخت‌افزاری کاملا مستقل مدیریت می‌شوند: با تشخیص اتصال کوتاه یا خرابی، هر دو کلید GaN 30 خاموش می‌شوند. این نشان‌دهنده بهبودی تقریباً 200 برابری نسبت به سرعت خاموش شدن 5-10 میکروثانیه راه‌حل‌های گسسته است، که محافظت قفل خودکار را بدون انتظار برای فرمان خاموش شدن از تراشه کنترل اصلی امکان‌پذیر می‌سازد و در نتیجه خطر تخریب دستگاه را در سطح سخت‌افزار از بین می‌برد. این تراشه دارای قابلیت سنجش دمای جهانی داخلی است. اگر دمای محل اتصال از آستانه فراتر رود، به طور خودکار توان را کاهش می دهد یا خروجی را قفل می کند، به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان را در شرایط عملیاتی سخت افزایش می دهد، و به ویژه برای کاربردهای پرخطر مانند توقف موتور و اتصال کوتاه منبع تغذیه مناسب است.

IV. پارامترهای الکتریکی کلیدیNV6247C

ولتاژ نامی: 650 ولت (پیک 800 ولت)

مقاومت کلی FET های دوگانه: 160mΩ

توان عملیاتی توصیه شده: 65W-400W

فرکانس سوئیچینگ عملیاتی: 0-2 مگاهرتز

ولتاژ تغذیه (VCC): 10V-24V

دمای کارکرد: -55 درجه سانتیگراد تا +150 درجه سانتیگراد

اندازه بسته: 6×8 میلی متر PQFN-32 (دو پد هیت سینک)

درجه حفاظت: حفاظت چهارگانه ESD 2kV، OCP/OTP/bypass/UVLO

V. سناریوهای برنامه اصلی برایNV6247C

منابع تغذیه شارژ سریع USB-C پرقدرت (100–240 وات): مناسب برای شارژرهای چند پورت GaN PD 3.1 240W، با استفاده از توپولوژی های AHB/LLC. استفاده از ویژگی های فرکانس بالا برای کاهش اندازه ترانسفورماتور، امکان شارژ سریع فشرده و پرقدرت.

درایورهای موتور BLDC برای لوازم خانگی (100 تا 400 وات): بلندرها، کمپرسورهای یخچال با کنترل اینورتر، فن های واحد تهویه مطبوع داخلی و پمپ های آب. تنظیمات اینورتر سه فاز تک بازوی نیم پل، یا چند تراشه NV6247C برای تشکیل یک اینورتر سه فاز تمام پل. حفاظت سریع اتصال کوتاه GaNSense برای کاربردهای موتوری با شرایط توقف مکرر مناسب است.

منابع تغذیه صنعتی و AV: منابع تغذیه داخلی 200W+ برای تلویزیون/مانیتورهای LCD، مدارهای پیش تقویت PFC با قطب توتم، و منابع تغذیه سوئیچینگ برای تجهیزات کنترل صنعتی کوچک.

منابع تغذیه کمکی ذخیره انرژی: اینورتر کم مصرف DC-DC برای ذخیره انرژی قابل حمل و ماژول های منبع تغذیه کمکی برای نیروگاه های فضای باز.

VI. خلاصه ای ازNV6247Cمزایای اصلی

حداقل توسعه سخت افزار: یک آی سی منفرد جایگزین بیش از 10 جزء مجزا می شود، چرخه تحقیق و توسعه منبع تغذیه را کوتاه می کند، "طرح یکبار مصرف برای تولید انبوه" را امکان پذیر می کند و هزینه های تهیه و مونتاژ قطعات را کاهش می دهد.

حداکثر بهره وری انرژی: با ترکیب تلفات کم سوئیچینگ GaNFast با نمونه برداری بدون تلفات GaNSense، سیستم به راندمان بار کامل بیش از 94% دست می یابد که در مقایسه با راه حل های مبتنی بر سیلیکون، بیش از 5% صرفه جویی در انرژی بیشتر می کند.

قابلیت اطمینان استثنایی سیستم: محافظت از خود مبتنی بر سخت افزار 30 ثانیه همراه با معماری نوسان بدون دروازه به طور قابل توجهی نرخ خرابی پس از فروش را کاهش می دهد و آن را برای لوازم جانبی خودرو و لوازم کوچک صنعتی که نیاز به کار مداوم طولانی مدت دارند مناسب می کند.

کوچک سازی: عملکرد فرکانس بالا 2 مگاهرتز به طور قابل ملاحظه ای اندازه اجزای مغناطیسی را کاهش می دهد، طراحی های باریک و جمع و جور برای شارژرها و کنترل کننده های موتور را تسهیل می کند و با روند کوچک سازی در لوازم الکترونیکی مصرفی همسو می شود.