简化PCB设计流程，Navitas纳微NV6169应用笔记登场

NV6169作为先进的纳微第三代氮化镓平台中额定功率最高的功率芯片。采用 GaNSense 技术的 GaNFast 功率芯片具有无损电流感应和最快的短路保护，实现“检测到保护”的速度仅为30ns，比分立解决方案快6倍。在电机驱动应用中，与IGBT相比，氮化镓功率芯片可节省高达40%的能源，消除30个外部组件，并将系统效率提高8%。

近期，Navitas纳微发布了NV6169的应用笔记，细介绍了NV6169和GaNSense的功能、原理图和PCB布线指南、电路示例和波形、以及散热管理说明。这些说明可以帮助实现最高效率和功率密度，以实现最高水平的系统稳健性和可靠性。

凭借集成的栅极驱动、宽范围的Vcc和PWM输入、内部ESD保护和较大的散热焊盘等优势，GaNFast功率IC已在多种高密度电源产品中得到采用。

GaNSense技术还提供另一层关键特性，包括无损电流感应、OCP、OTP和自动待机模式，这些特性可以提高系统稳健性和可靠性，实现更高的系统效率，并降低待机功耗。这些GaN功率IC具有易用性和设计灵活性，可与所有流行的拓扑和控制器兼容，可实现高频开关。

外部电源转换电路的大部分开关电流从漏极引脚流经GaN功率FET，然后流向源极引脚。GaN IC产生的热量必须通过源极散热焊盘导出到PCB。然后使用较大的PCB覆铜区域和散热孔将热量传导到PCB的另一侧和/或具有较大覆铜区域的内层，然后热量可以在此处散开和冷却。

为了进一步将GaNSense产品系列扩展到更高功率的应用，NV6169 45mΩ 版本采用了 PQFN 8x8 封装。NV6169的IC引脚包括漏极引脚(D)、源极引脚(S)、IC电源(Vcc)、栅极驱动电源(Voo)、栅极驱动开启控制SET输入(Roo)、PWM输入(PWM)、故障输出(FLT)、电流感应输出(CS)、自动待机模式输入(STBY)、5V电源(5V)、以及一个较大的源极散热焊盘。

对于许多应用，有必要感应流经GaN IC的逐周期电流。现有的电流感应解决方案包括在功率FET的源极连接和PGND之间放置一个串联电流感应电阻。使用外部电流感应电阻会增加系统传导功率损耗，在PCB上产生热点，并降低整体系统效率。

为了消除外部电阻器和热点并提高系统效率，这款GaN IC集成了精确且可配置的无损电流感应。GaNSense技术与现有的外部电阻感应方法相比，总导通电阻有显著的降低。

在基准测试期间，开关波形显示了在电感式开关升压CCM条件下CS引脚跟随性能与电感电流的关系。开关性能在30A电流水平下，表现出了出色的Vcs和电感电流实时匹配和跟随。为了显示跟随精度，所有波形的CS引脚电压刻度均基于Rcs增益计算，以匹配电流探头刻度。

该GaN IC包含逐周期过流检测和保护(OCP)电路，以保护GaN IC免受高电流水平的影响。在每个开关周期的导通时间内，如果峰值电流超过内部OCP阈值(1.9V，典型值)，则内部栅极驱动器将快速关闭GaN IC，并缩短导通时间以防止IC发生损坏。

NV6169包含过温检测和保护(OTP)电路，可保护IC免受过高结温的影响。由于过载、高环境温度和/或不良的散热管理，可能会出现高结温。如果结温超过内部阈值(165℃，典型值)，那么IC将安全锁定。当结温再次下降并低于内部阈值(105℃，典型值)时，OTP锁存器将被复位。

在第一次启动脉冲期间或硬开关状态期间，最好限制GaN IC在导通期间的漏极电压变换速率(dV/dt)。这是降低EMI或降低电路开关噪声所必需的。

该GaN IC包含自动低功耗待机模式，来禁用IC并降低Vcc电流消耗。在正常工作模式下，PWM引脚产生驱动信号以开启和关闭GaN IC。

要获得最佳的电气和散热效果，必须遵循应用笔记给出的PCB布线指南和步骤。

以上示例显示了NV6169 PQFN 8x8 mm正确布线的PCB测试板示例。所有元件都放置和布线在顶层，使得所有其他层可以用于较大的覆铜区域和散热孔。如果使用4层PCB，则可以获得额外的散热覆铜区域。

以上热模型是针对GaN IC安装在PCB一侧的PCB子卡。GaN IC产生的热量流经封装引线框架，流向PCB覆铜层和散热孔，通过导热界面材料(TIM)，并横向通过PCB流向侧面。然后TIM进入安全绝缘材料(麦拉片)，然后进入铜屏蔽层(用于散热和EMI抑制)。

散热管理方面，常用于屏蔽层的材料包括铜或铝。也可以使用钢，实现更好的EMI屏蔽，并且通常镀锡以防止生锈或腐蚀。上表总结了一些可以使用的热叠层和屏蔽层材料。

Navitas 纳微半导体的新一代GaNFast功率芯片采用了GaNSense技术，具备控制、驱动、感应和保护等功能，适用于移动、消费、工业、数据中心和企业等市场领域的30W至1kW的应用。集成栅极驱动消除了寄生栅极环路电感，并可以防止栅极振铃和毛刺。

45mΩ的NV6169采用行业标准的、轻薄、低电感、8 x 8 mm PQFN 封装，导通电阻降低36%，功率提高50%，用于高效率、高密度的电力系统。与竞争解决方案不同，NV6169额定工作电压为650V，额定峰值额定电压为800V，可在瞬态事件期间稳定工作。作为真正的集成功率芯片，GaN栅极受到全面保护，整个器件的额定静电放电(ESD)规格为业界领先的2kV。