【功率器件心得分享】GaN FET器件LM5113使用体会

只看该作者 · 2016-10-3 15:02

由于项目对于电源有着比较强的要求，产品的体积又很有限，在满足了其他功能时，留给电源的体积就很有限了。不仅仅是产品体积，而且PCB上的面积也是有限的，试过几种方案，最终都无法满足要求。

于是就以试一试的心态使用了TI公司出的一款增强模式 GaN FET 的 5A、100V 半桥接闸极驱动器 ——LM5113 。

在之前也做了一些调研，GaNFET相比于MOS FET（金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管），尺寸更小，最多可以减小85% 的PCB面积，外围的组件数量也可以减少75%。而且效率也更高。

由于这次使用的是LM5113，LM5113设计用于驱动采用同步降压或半桥配置的高侧和低侧增强模式氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)。LM5113设计用于驱动采用同步降压或半桥配置的高侧和低侧增强模式氮化镓 (GaN) 场效应晶体管 (FET)。浮动高侧驱动器能够驱动工作电压高达 100V 的增强模式 GaN FET。该器件采用自举技术生成高侧偏置电压，并在内部将其钳位在 5.2V，从而防止栅极电压超出增强模式 GaN FET 的最大栅源电压额定值。LM5113 的输入与 TTL 逻辑兼容，并且无论 VDD 电压如何，最高都能够承受 14V 的输入电压。LM5113 具有分离栅极输出，允许单独而灵活地调节导通和关断强度。
此外，LM5113 具有强劲的灌电流能力，可使栅极保持低电平状态，从而防止开关操作期间发生意外导通。LM5113 的工作频率最高可达数 MHz。LM5113 采用标准的 WSON-10 引脚封装和 12 凸点 DSBGA 封装。WSON-10引脚封装包含外露焊盘，有助于提升散热性能。DSBGA 封装具有紧凑型特点，并且封装电感极低。

LM5113的输入与TTL逻辑兼容，这就可以与其他的TTL芯片进行连接了。它的工作电压最高达到了100V。传播延迟1.5ns。

LM5113有两种封装——标准的WSON 10封装与12焊球的DSBGA封装。级小的封装尺寸对于我的产品体积与有限的PCB面积是非常友好的。

对于LM5113的使用，由于是第一次用，就按参考设计进行了更改，以适应自己的产品。

其中又减少了一些器件，并增加了更多的保护元件。由于电路图涉及公司产品，不再给出，以下是参考的典型应用电路图。

LM5113的PCB布局、布线参考了数据手册上的例子，对于初次使用的人来说还是不错的。

我们做的电源预期是48V的输入，10V电压输出，电流有3A左右，但是在做回来PCB后，调试过程却是没有输出。当输入电压到达近60V时，才有一个很小的电压输出，电流就更别说了，还没有测。其中还更改过一次PCB，但还是没有解决问题，在经过了多次的排查、反复试验下，发现是一个器件的选型不正确，就这一个小问题真是耽误了好长时间，后更改后，有了正常的电压输出，但是电流也输出又达不到，其中有一个电容总是发热很严重，于是不敢再长时间的测试，断断续续的在找问题，总是不解。于是记起，TI的一款针对于LM5113的评估板，就找来了资料（http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/snva484a/snva484a.pdf），进行一一的对比分析，确定了，一是电容的质量不行，国产的小品牌的电容；二是一个电阻的阻值计算错误。经过几番的修改，LM5113工作算是正常了，目前是小批量的试产与老化，目前还没有什么问题，也在其中学习到了很多，对于LM5113这种增强模式 GaN FET半桥接闸极驱动器的使用也有了一定的了解。回过头来，再来看看GaN，这是一种具有较**带宽度的半导体，叫做氮化镓，GaN是它的分子式。以下是GaN纤锌矿结构，对于已经把化学还给老师的电子工程师，看上去真的是......