深入解析LMG3624：700V GaN FET集成驅動的卓越之選

在開關電源應用領域，LMG3624作為一款集成了700V、155mΩ GaN功率FET、柵極驅動器、電流感測仿真功能和保護特性的器件，正逐漸嶄露頭角。今天，我們就來深入剖析這款器件的特點、應用及設計要點。

文件下載：lmg3624.pdf

一、LMG3624核心特性

1. 強大的GaN功率FET

LMG3624采用的700V GaN功率FET，具備低輸出電容電荷特性，能顯著減少電源轉換器開關所需的時間和能量，是打造小型高效電源轉換器的關鍵。其在不同溫度下的導通電阻表現也十分出色，如在25°C、3A電流時典型導通電阻為155mΩ，125°C時為276mΩ。

2. 集成柵極驅動器

內部柵極驅動器可調節驅動電壓，以實現最佳的GaN FET導通電阻。同時，它還能降低總柵極電感和GaN FET共源電感，提升開關性能，包括共模瞬態抗擾度（CMTI）。此外，GaN FET的導通壓擺率可通過RDRV引腳設置為四個離散級別，為設計人員在功率損耗、開關振鈴和電磁干擾（EMI）方面提供了更大的靈活性。

3. 電流感測仿真功能

該功能可在CS引腳輸出端生成GaN FET漏極電流的縮放副本，通過連接一個電阻到AGND，為外部電源控制器創建電流感測輸入信號。與傳統的電流感測電阻相比，這種方式不僅節省了功率和空間，還能將GaN FET的散熱焊盤直接連接到PCB電源地，提高系統熱性能和布線靈活性。

4. 低靜態電流與寬輸入電壓范圍

AUX輸入電源具有較寬的電壓范圍，與電源控制器產生的相應寬范圍電源軌兼容。低AUX靜態電流支持轉換器的突發模式操作，滿足政府輕載效率要求。通過EN引腳將器件置于待機模式，還可進一步降低AUX靜態電流。

5. 全面的保護特性

LMG3624具備欠壓鎖定（UVLO）、逐周期電流限制和過溫保護等功能。過溫保護通過FLT引腳以開漏輸出形式報告，確保器件在異常情況下的安全運行。

二、引腳配置與功能

1. 引腳類型及作用

LMG3624采用38引腳VQFN封裝，各引腳功能明確。例如，AGND為模擬地，AUX為輔助電壓軌，CS為電流感測仿真輸出，D為GaN FET漏極，EN用于切換活動和待機模式，IN為柵極驅動控制輸入等。

2. 引腳使用注意事項

在使用過程中，需要注意一些引腳的特殊要求。如EN和IN引腳的電壓不能超過AUX電壓，以避免損壞ESD二極管；CS引腳內部鉗位至典型的2.55V，可保護電源控制器的電流感測輸入引腳免受過壓影響。

三、電氣與開關特性

1. 電氣特性

在不同溫度和電壓條件下，LMG3624展現出穩定的電氣性能。例如，在25°C、650V漏源電壓下，漏極泄漏電流典型值為2μA；在125°C時為10μA。輸出電容和電荷等參數也為電源設計提供了重要參考。

2. 開關特性

GaN功率FET的導通和關斷延遲時間以及壓擺率與RDRV引腳設置密切相關。不同的壓擺率設置可滿足不同的設計需求，如較慢的壓擺率有助于降低EMI和振鈴，但可能增加開關損耗；較快的壓擺率則相反。

四、應用案例：65W USB PD充電器準諧振反激轉換器

1. 設計要求

該應用的輸入交流電壓范圍為90VAC - 264VAC，輸入線頻率范圍為47Hz - 63Hz，20V輸出額定電流為3.25A，5V、9V和15V額定輸出電流為3A，在無輸出負載時最大交流輸入功率為70mW，20V輸出滿載時在輸入交流電壓范圍內的最小效率為93%。

2. 詳細設計步驟

• 導通壓擺率設計：需要在電源效率和EMI或瞬態振鈴之間進行權衡。在準諧振反激轉換器中，雖然較慢的導通壓擺率可減少EMI和振鈴問題，但可能因開關導通延遲增加而導致電源損耗增加。因此，需要根據準諧振控制器是否補償開關導通延遲來選擇合適的壓擺率設置。
• 電流感測設計：電流感測電阻(R{CS1})的計算需先進行傳統電流感測電阻設計計算，再乘以電流感測仿真增益的倒數。同時，要注意(R{CS2})的設計計算需考慮(R_{CS1})的影響。

五、設計要點與注意事項

1. 電源供應建議

LMG3624由連接到AUX引腳的單個輸入電源供電，建議使用陶瓷電容作為AUX外部電容，且電容值在工作條件下至少為0.03μF。

2. 布局指南

• 焊點應力緩解：遵循NC1、NC2和NC3錨定引腳的使用說明，采用非阻焊定義（NSMD）焊盤，并確保連接到NSMD焊盤的電路板走線寬度不超過焊盤寬度的三分之二。
• 信號地連接：電源設計應采用分開的信號地和電源地，僅在一處連接。將LMG3624的AGND引腳連接到信號地，S引腳和PAD散熱焊盤連接到電源地。
• CS引腳信號：由于電流感測信號阻抗比傳統方式高三個數量級，應盡量避免將其布線在嘈雜的走線附近，并將電流感測電阻和濾波電容放置在靠近控制器電流感測輸入引腳的位置。

六、總結

LMG3624憑借其卓越的性能和豐富的功能，為開關電源設計提供了一個強大而靈活的解決方案。在實際應用中，電子工程師需要根據具體的設計要求，合理選擇器件參數和布局方式，以充分發揮LMG3624的優勢，實現高效、可靠的電源設計。大家在使用LMG3624的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。