‌基于MASTERGAN1L的GaN半桥电源模块技术解析与应用指南

STMicroelectronics EVLMG1LPBRDR1基于GaN的半桥电源模块配有MASTERGAN1L，其可快速创建拓扑，无需完整的PCB设计。该模块经过微调，可用于LLC应用，其低侧电阻器设置为零，外部体二极管与每个半桥GaN并联。该模块还可用于有源钳位或谐振峰值电流模式反激式应用，仅需适当调整低侧检测电阻器并消除并联二极管。

数据手册：*附件：STMicroelectronics EVLMG1LPBRDR1基于GaN的半桥电源模块数据手册.pdf

PCB中嵌入了两个6V替代线性稳压器：一个简易的低成本稳压器和一个更精密的温度独立稳压器。由于采用外部自举二极管和电容器，因此可为VCC、PVCC和Vbo正确供电。该模块只接受单独的驱动信号，通过调整专用RC滤波器可以调制延迟时间。

特性

• 配备MASTERGAN1L的GaN半桥子板，适合用于需要快速唤醒的电源应用
• 嵌入独立可调死区时间，用于LIN和HIN信号
• 6V板载替代选项
• 分立式自举二极管和电容器，用于高频解决方案
• 可调低侧分流器，用于峰值电流模式控制算法
• 外部并联体二极管，满足LLC应用需求
• 45°C/W结点至环境热阻（无需强制气流，以评估大型电源拓扑
• 30mm x 40mm宽FR-4 PCB
• 符合RoHS指令

示意图

基于MASTERGAN1L的GaN半桥电源模块技术解析与应用指南‌

一、模块核心特性与架构设计

EVLMG1LPBRDR1是集成MASTERGAN1L的氮化镓半桥功率模块，专为高效能电源应用优化。其技术亮点包括：

• ‌独立死区调节‌：LIN/HIN信号支持独立可调死区时间，适配不同开关频率需求
• ‌双路径供电方案‌：板载两种6V稳压器（低成本基础版与高精度温度稳定版）
• ‌高频优化设计‌：分立式 bootstrap 二极管与电容支持高频开关操作
• ‌多功能检测接口‌：可调节低侧采样电阻支持峰值电流模式控制
• ‌热管理能力‌：45°C/W结到环境热阻（无强制风冷）
• ‌应用拓扑兼容性‌：通过外置并联体二极管支持LLC谐振架构

二、引脚功能深度解析

模块采用15引脚连接器（详见表1），关键引脚配置如下：

• ‌功率端口‌（引脚1-8）：
  • VH（1,2）：高压输入，直连MASTERGAN1L的VS引脚（推荐工作电压520V）
  • OUT（4,5）：功率输出端，连接谐振网络或变压器
  • POWER GND（7,8）：功率器件参考地
• ‌控制端口‌（引脚9-13）：
  • SD/OD（9）：通过外部信号使能/禁用器件（默认上拉至VCC）
  • LIN/HIN（11,12）：驱动信号输入，兼容0-20V电平
• ‌供电与检测‌（引脚14-15）：
  • VAUX_REG（14）：板载稳压器输入，默认配置选用高精度稳压电路

三、典型应用场景配置方案

3.1 LLC谐振变换器

• ‌拓扑适配‌：R17-R20采样电阻预设为0Ω，低侧GaN直接连接功率地
• ‌效率优化‌：并联二极管D6、D7降低电流循环期间压降
• ‌动态响应‌：MASTERGAN1L在LIN脉冲后实现快速唤醒，提升突发模式效率

1. 连接方式：VH接入高压母线，OUT连接谐振腔，控制器通过LIN/HIN发送互补PWM
2. 散热设计：基于45°C/W热阻计算最大可管理功率（参考AN5644设计案例）

3.2 反激变换器拓扑

• ‌有源钳位反激‌（图4）：需配置采样电阻（R17-R20），移除D6、D7，高侧GaN必须通过D11（6.2V齐纳二极管）保护
• ‌谐振反激‌（图5）：SENSE引脚连接控制器实现峰值电流检测
• ‌关键设置‌：调整RC滤波网络（R12/C15、R11/C16）实现输入信号延时调节

3.3 同步逆降变换器

• ‌非隔离架构‌：适用于大功率LED驱动（参考AN5865实现500W输出）

1. 保留采样电阻配置
2. 移除并联二极管D6、D7
3. 始终安装高侧GaN保护齐纳管D11

四、硬件设计关键要素

4.1 供电架构

• ‌核心供电‌：外部电源输入VAUX_REG → 稳压器U1+Q1生成精准6V → 二极管D10送至VCC → bootstrap网络（D2+C9）生成高侧驱动电压
• ‌备用方案‌：可选择低成本稳压电路（Q2+D4）

4.2 布局与散热

• PCB尺寸：30×40mm FR-4板材
• 热阻特性：自然冷却条件下Rth(J-A)=45°C/W（参考AN5917优化指南）

五、物料选型与替代方案

模块采用标准封装器件（详见表2）：

• ‌功率器件‌：MASTERGAN1L（QFN9×9mm）集成600V GaN HEMT与高压驱动
• ‌关键备选‌：
  1. C12/R10可配置为缓冲网络优化EMI
  2. 两种稳压器方案支持成本/精度权衡选择

六、设计验证与参考资源

• ‌仿真支持‌：MASTERGAN1L数据手册提供开关特性模型[1]
• ‌实测案例‌：
  • 250W LLC演示板（AN5644）[2]
  • 可调光LED驱动方案（AN5865）[3]
• ‌持续更新‌：文档版本DB5096-Rev1（2023年9月）