探索NCP58933ABT：650V增强型GaN功率开关的卓越性能与应用潜力

在当今电子科技飞速发展的时代，功率转换技术的进步对于提高设备的性能和效率至关重要。增强型GaN（氮化镓）功率开关作为一种新兴的技术，正逐渐成为高频率、高功率应用的理想选择。今天，我们将深入探讨安森美（onsemi）的NCP58933ABT，一款集成了多种功能的650V增强型GaN功率开关。

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产品概述

NCP58933ABT将650V增强型GaN功率晶体管与栅极驱动和保护功能集成在一个单一封装中。其内部的栅极钳位电路，由基于LDO的电路支持，可在10V至24V的输入范围内调节栅极驱动电压，保护GaN晶体管免受过大的栅极应力，同时保持出色的开关性能。此外，通过外部电阻可以调整导通和关断的转换速率，使设计者能够在EMI性能和转换效率之间取得平衡。

关键特性

高耐压与低导通电阻

• 具备650V的耐压能力，导通电阻仅为42mΩ，能够有效降低功率损耗，提高转换效率。
• 拥有800V的瞬态漏极电压能力，增强了产品在复杂环境下的可靠性。

宽输入电压范围与可调节转换速率

• 栅极输入工作范围为10V至24V，为设计提供了更大的灵活性。
• 可使用外部电阻独立调整导通和关断的转换速率，有助于优化EMI性能和转换效率。

集成保护功能

• 集成了基于DESAT的短路保护、过温保护和米勒钳位功能，有效防止在高dV/dt操作期间的误开启，提高了系统的稳定性和可靠性。

高频开关能力

• 支持高达2MHz的高频开关，适用于紧凑、高频和高功率的转换应用。

零反向恢复电荷

• 零反向恢复电荷的特性，减少了开关损耗，进一步提高了系统效率。

引脚描述

引脚编号	引脚名称	功能	引脚描述
1 - 8	DRAIN	GaN功率开关漏极	GaN HEMT的功率路径连接
9	G(GATE)	栅极驱动器输入	外部栅极驱动器的输出应连接到此引脚，内部钳位电路将限制GaN HEMT的VGS
10	KS	GaN功率开关开尔文源	栅极驱动器返回路径，此引脚内部连接到GaN HEMT的源极焊盘
11 - 16，热焊盘（顶部）	SOURCE	GaN功率开关源极	GaN HEMT的功率路径连接

应用领域

工业和计算电源

• 适用于工业和计算PSU的功率转换，能够满足高功率密度电源的需求。

各种拓扑结构

• 支持所有双端拓扑结构，如半桥、全桥、LLC等，以及高压同步降压转换器、高压同步升压转换器、双开关正激转换器、同步PFC级和图腾柱PFC等。

电气特性与测试

电气特性

文档中给出了在特定条件下（(V{G}=15V)，(R{G}=10Ω)，典型值(T{A}=25^{circ}C)，(V{BUS}=400V)）的电气特性参数，包括源 - 漏第三象限电压、输出电荷等。

开关测试电路

采用半桥双脉冲测试电路来测量开关参数。当低侧器件NCP58933导通时，电感电流建立到一定水平；当低侧器件关断时，高侧NCP58933自然导通，工作在第三象限，起到续流二极管的作用。

定时特性

导通转换的定时由输入到开关导通传播延迟和开关(V_{DS})电压下降时间组成；关断转换的定时由输入到开关关断传播延迟和下降时间组成。

高速测量实践

由于GaN HEMT的开关性能比硅和碳化硅MOSFET快得多，因此在测量时需要使用适当的技术，如尽量减少接地环路长度、使用“猪尾线”减少探头接地电感、使用带宽超过350MHz的示波器和探头等，以避免测试设备引入的寄生元件对测量结果的影响。

功能描述

输入控制

通过G(GATE)引脚控制集成的GaN FET。当G输入电压高于(V{G(ON)})时，器件将输入信号传播到GaN FET栅极，使其导通；当G输入电压低于(V{G(OFF)})时，器件阻止输入信号传播并将GaN FET栅极拉低至源极，使其关断。此外，G输入还具有10ns的典型导通去毛刺滤波器，可拒绝不需要的脉冲。

转换速率调整

通过外部栅极电阻和连接在驱动器输出和G引脚之间的二极管，可以独立调整GaN FET的导通和关断转换速率。

过温保护

当内部结温(Tj)超过160°C（典型值）时，G输入被忽略，GaN FET关断；当结温降至140°C（典型值）以下时，恢复正常操作。

短路保护

采用DESAT检测实现短路保护。当(V_{DS})超过7.3V（典型值）的DESAT阈值时，器件使用慢速内部驱动器关断GaN HEMT，以最小化漏极电压过冲。同时，提供300ns（典型值）的消隐时间，防止导通期间的误触发。

漏 - 源电压

该器件设计有足够的余量来处理半桥拓扑中常见的瞬态和连续电压应力。对于非重复事件，支持(V{DS(TRAN)} = 800V)（持续时间小于200μs）；对于重复条件，过冲必须钳位到(V{DS(MAX)} = 650V)，过冲消散后，电压稳定在(V{PLATEAU})，建议不超过(V{DS(MAX)})的80%，即≤520V。

订购与封装信息

订购信息

器件订购编号	封装类型	包装方式
ENGNCP58933ABTTXG	PDSO - G16 9.90x10.15x2.30, 1.20P	1200/卷带包装

封装尺寸

文档提供了PDSO - G16封装的详细尺寸信息，包括各引脚和焊盘的尺寸范围。

总结

NCP58933ABT作为一款集成了多种功能的650V增强型GaN功率开关，具有高耐压、低导通电阻、宽输入电压范围、可调节转换速率、集成保护功能和高频开关能力等优点，适用于各种高频率、高功率的转换应用。在设计过程中，工程师需要充分考虑其电气特性、引脚功能和保护机制，以确保系统的稳定性和可靠性。同时，在测量和测试时，要采用适当的技术，避免寄生元件对测量结果的影响。你在使用类似的GaN功率开关时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。