深入解析LMG3624：700V GaN FET集成驱动的卓越之选

在开关电源应用领域，LMG3624作为一款集成了700V、155mΩ GaN功率FET、栅极驱动器、电流感测仿真功能和保护特性的器件，正逐渐崭露头角。今天，我们就来深入剖析这款器件的特点、应用及设计要点。

文件下载：lmg3624.pdf

一、LMG3624核心特性

1. 强大的GaN功率FET

LMG3624采用的700V GaN功率FET，具备低输出电容电荷特性，能显著减少电源转换器开关所需的时间和能量，是打造小型高效电源转换器的关键。其在不同温度下的导通电阻表现也十分出色，如在25°C、3A电流时典型导通电阻为155mΩ，125°C时为276mΩ。

2. 集成栅极驱动器

内部栅极驱动器可调节驱动电压，以实现最佳的GaN FET导通电阻。同时，它还能降低总栅极电感和GaN FET共源电感，提升开关性能，包括共模瞬态抗扰度（CMTI）。此外，GaN FET的导通压摆率可通过RDRV引脚设置为四个离散级别，为设计人员在功率损耗、开关振铃和电磁干扰（EMI）方面提供了更大的灵活性。

3. 电流感测仿真功能

该功能可在CS引脚输出端生成GaN FET漏极电流的缩放副本，通过连接一个电阻到AGND，为外部电源控制器创建电流感测输入信号。与传统的电流感测电阻相比，这种方式不仅节省了功率和空间，还能将GaN FET的散热焊盘直接连接到PCB电源地，提高系统热性能和布线灵活性。

4. 低静态电流与宽输入电压范围

AUX输入电源具有较宽的电压范围，与电源控制器产生的相应宽范围电源轨兼容。低AUX静态电流支持转换器的突发模式操作，满足政府轻载效率要求。通过EN引脚将器件置于待机模式，还可进一步降低AUX静态电流。

5. 全面的保护特性

LMG3624具备欠压锁定（UVLO）、逐周期电流限制和过温保护等功能。过温保护通过FLT引脚以开漏输出形式报告，确保器件在异常情况下的安全运行。

二、引脚配置与功能

1. 引脚类型及作用

LMG3624采用38引脚VQFN封装，各引脚功能明确。例如，AGND为模拟地，AUX为辅助电压轨，CS为电流感测仿真输出，D为GaN FET漏极，EN用于切换活动和待机模式，IN为栅极驱动控制输入等。

2. 引脚使用注意事项

在使用过程中，需要注意一些引脚的特殊要求。如EN和IN引脚的电压不能超过AUX电压，以避免损坏ESD二极管；CS引脚内部钳位至典型的2.55V，可保护电源控制器的电流感测输入引脚免受过压影响。

三、电气与开关特性

1. 电气特性

在不同温度和电压条件下，LMG3624展现出稳定的电气性能。例如，在25°C、650V漏源电压下，漏极泄漏电流典型值为2μA；在125°C时为10μA。输出电容和电荷等参数也为电源设计提供了重要参考。

2. 开关特性

GaN功率FET的导通和关断延迟时间以及压摆率与RDRV引脚设置密切相关。不同的压摆率设置可满足不同的设计需求，如较慢的压摆率有助于降低EMI和振铃，但可能增加开关损耗；较快的压摆率则相反。

四、应用案例：65W USB PD充电器准谐振反激转换器

1. 设计要求

该应用的输入交流电压范围为90VAC - 264VAC，输入线频率范围为47Hz - 63Hz，20V输出额定电流为3.25A，5V、9V和15V额定输出电流为3A，在无输出负载时最大交流输入功率为70mW，20V输出满载时在输入交流电压范围内的最小效率为93%。

2. 详细设计步骤

• 导通压摆率设计：需要在电源效率和EMI或瞬态振铃之间进行权衡。在准谐振反激转换器中，虽然较慢的导通压摆率可减少EMI和振铃问题，但可能因开关导通延迟增加而导致电源损耗增加。因此，需要根据准谐振控制器是否补偿开关导通延迟来选择合适的压摆率设置。
• 电流感测设计：电流感测电阻(R{CS1})的计算需先进行传统电流感测电阻设计计算，再乘以电流感测仿真增益的倒数。同时，要注意(R{CS2})的设计计算需考虑(R_{CS1})的影响。

五、设计要点与注意事项

1. 电源供应建议

LMG3624由连接到AUX引脚的单个输入电源供电，建议使用陶瓷电容作为AUX外部电容，且电容值在工作条件下至少为0.03μF。

2. 布局指南

• 焊点应力缓解：遵循NC1、NC2和NC3锚定引脚的使用说明，采用非阻焊定义（NSMD）焊盘，并确保连接到NSMD焊盘的电路板走线宽度不超过焊盘宽度的三分之二。
• 信号地连接：电源设计应采用分开的信号地和电源地，仅在一处连接。将LMG3624的AGND引脚连接到信号地，S引脚和PAD散热焊盘连接到电源地。
• CS引脚信号：由于电流感测信号阻抗比传统方式高三个数量级，应尽量避免将其布线在嘈杂的走线附近，并将电流感测电阻和滤波电容放置在靠近控制器电流感测输入引脚的位置。

六、总结

LMG3624凭借其卓越的性能和丰富的功能，为开关电源设计提供了一个强大而灵活的解决方案。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的设计要求，合理选择器件参数和布局方式，以充分发挥LMG3624的优势，实现高效、可靠的电源设计。大家在使用LMG3624的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。