TPS7H6101-SEP：200V、10A GaN半橋功率級(jí)的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，功率級(jí)器件的性能和可靠性至關(guān)重要。今天，我們要深入探討一款令人矚目的產(chǎn)品——TPS7H6101-SEP，這是一款200V、10A的GaN半橋功率級(jí)器件，具有諸多出色特性，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

文件下載：tps7h6101-sep.pdf

一、特性亮點(diǎn)

1. 出色的輻射性能

TPS7H6101-SEP經(jīng)過(guò)輻射批次驗(yàn)收測(cè)試（RLAT），總電離劑量（TID）達(dá)到50krad(Si)。同時(shí)，它對(duì)單粒子瞬態(tài)（SET）、單粒子燒毀（SEB）和單粒子?xùn)艠O破裂（SEGR）免疫，線性能量轉(zhuǎn)移（LET）高達(dá)43 MeV - cm2 / mg，并且對(duì)SET和單粒子故障中斷（SEFI）也有良好的耐受能力，這使得它在輻射環(huán)境中表現(xiàn)穩(wěn)定，非常適合航天等對(duì)輻射敏感的應(yīng)用。

2. 高性能GaN FET半橋

采用200V e - mode GaN FET半橋，典型導(dǎo)通電阻 (R_{DS(ON)}) 為15mΩ，可在100kHz至2MHz的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行，能夠滿足高頻、高效的功率轉(zhuǎn)換需求。

3. 優(yōu)化的封裝設(shè)計(jì)

采用熱優(yōu)化的12mm × 9mm LGA封裝，帶有散熱墊，集成了柵極驅(qū)動(dòng)電阻，降低了共源電感，實(shí)現(xiàn)了高端和低端的電氣隔離。這種封裝設(shè)計(jì)不僅有助于散熱，還能減少寄生效應(yīng)，提高電路性能。

4. 靈活的控制模式

支持多種半橋和雙開(kāi)關(guān)電源拓?fù)?，具有低傳播延遲和兩種操作模式：?jiǎn)蜳WM輸入可調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，以及兩個(gè)獨(dú)立輸入。同時(shí)，還具備可編程死區(qū)時(shí)間控制和可選的輸入互鎖保護(hù)，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。

5. 可靠的柵極驅(qū)動(dòng)電源

提供5V柵極驅(qū)動(dòng)電源，確保FET的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的可靠性。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 衛(wèi)星電源系統(tǒng)

在衛(wèi)星電氣電源系統(tǒng)（EPS）中，TPS7H6101-SEP的輻射耐受性和高性能使其成為理想的選擇。它能夠在太空輻射環(huán)境下穩(wěn)定工作，為衛(wèi)星的各種設(shè)備提供可靠的電源支持。

2. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，該器件的高頻運(yùn)行能力和靈活的控制模式可以實(shí)現(xiàn)高效的電機(jī)控制，提高電機(jī)的性能和效率。

三、器件詳細(xì)解析

1. 引腳配置與功能

TPS7H6101-SEP采用64引腳LGA封裝，每個(gè)引腳都有特定的功能。例如，BOOT引腳是高端線性穩(wěn)壓器的輸入電壓源，BP5H和BP5L分別是高端和低端5V線性穩(wěn)壓器的輸出，DHL和DLH用于設(shè)置死區(qū)時(shí)間等。了解這些引腳的功能對(duì)于正確使用該器件至關(guān)重要。

2. 規(guī)格參數(shù)

• 絕對(duì)最大額定值：包括擊穿電壓、輸入電壓、輸出電壓、電流和溫度等參數(shù)，這些參數(shù)定義了器件的安全工作范圍，超過(guò)這些范圍可能會(huì)導(dǎo)致器件損壞。
• ESD額定值：人體模型（HBM）為±1000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為±250V，在使用過(guò)程中需要注意靜電防護(hù)，以避免器件受到靜電損壞。
• 推薦工作條件：規(guī)定了輸入電壓、輸出電壓、電流、轉(zhuǎn)換速率和工作溫度等參數(shù)的推薦范圍，在這些條件下使用器件可以獲得最佳性能。
• 熱信息：提供了結(jié)到環(huán)境、結(jié)到外殼等的熱阻參數(shù)，有助于進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)，確保器件在正常溫度范圍內(nèi)工作。
• 電氣特性：包括GaN功率FET的導(dǎo)通電阻、源 - 漏電壓、漏電流，以及電源電流、內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出電壓、欠壓保護(hù)閾值等參數(shù)，這些參數(shù)反映了器件的電氣性能。
• 開(kāi)關(guān)特性：如柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序、開(kāi)關(guān)延遲等參數(shù)，對(duì)于設(shè)計(jì)高頻開(kāi)關(guān)電路非常重要。

3. 典型特性

通過(guò)一系列圖表展示了器件在不同溫度和輸入電壓下的性能，如導(dǎo)通電阻與結(jié)溫的關(guān)系、輸出電容與漏 - 源電壓的關(guān)系、開(kāi)關(guān)延遲與輸入電壓的關(guān)系等。這些典型特性可以幫助工程師更好地了解器件的性能變化規(guī)律，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 柵極驅(qū)動(dòng)輸入電壓

在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)的輸入電壓必須在10V至14V之間，該電壓為兩個(gè)低端線性穩(wěn)壓器BP5L和BP7L提供輸入，同時(shí)也用于對(duì)外部高端自舉電容充電。為了獲得最佳性能，建議在VIN和AGND之間添加旁路電容，并盡量靠近柵極驅(qū)動(dòng)器放置。

2. 線性穩(wěn)壓器操作

器件包含三個(gè)內(nèi)部線性穩(wěn)壓器BP5L、BP7L和BP5H。BP5L為低端邏輯電路和低端柵極驅(qū)動(dòng)電壓供電，BP7L為低端發(fā)射器供電，BP5H為高端邏輯電路和高端FET提供5V柵極電壓。每個(gè)穩(wěn)壓器都需要連接適當(dāng)?shù)碾娙?，并且不建議在文檔規(guī)定之外進(jìn)行外部加載。

3. 自舉操作

自舉電路對(duì)于高端柵極驅(qū)動(dòng)電路的供電至關(guān)重要。TPS7H6101-SEP提供了多種自舉電容充電方法，包括通過(guò)內(nèi)部自舉開(kāi)關(guān)充電、直接從VIN充電和雙充電選項(xiàng)。在選擇自舉組件時(shí)，需要考慮自舉電容、自舉二極管和自舉電阻的參數(shù)，以確保器件的正常運(yùn)行。

4. 死區(qū)時(shí)間設(shè)置

在PWM模式下，需要在DLH和DHL引腳連接到地的電阻來(lái)編程死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間的選擇對(duì)于減少轉(zhuǎn)換器中的損耗和避免高低端FET的交叉導(dǎo)通非常關(guān)鍵。

5. 輸入互鎖保護(hù)

在獨(dú)立輸入模式（IIM）下，可以配置輸入互鎖保護(hù)，通過(guò)將DHL連接到5V，DLH連接一個(gè)100kΩ至220kΩ的電阻到地來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種保護(hù)可以防止半橋配置中GaN FET的直通，提高功率級(jí)的魯棒性和可靠性。

6. 欠壓鎖定和電源良好（PGOOD）

器件具有欠壓鎖定（UVLO）功能，當(dāng)任何低端線性穩(wěn)壓器或VIN的輸出電壓低于UVLO閾值時(shí)，PWM輸入將被忽略，以防止GaN FET部分導(dǎo)通。PGOOD引腳用于指示低端線性穩(wěn)壓器是否進(jìn)入欠壓鎖定狀態(tài)。

五、應(yīng)用示例

以一個(gè)100V到28V、10A的衛(wèi)星總線應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)過(guò)程，包括自舉和旁路電容的選擇、自舉二極管的選擇等。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，該應(yīng)用在100kHz和500kHz的開(kāi)關(guān)頻率下都能實(shí)現(xiàn)大于95%的效率。

六、總結(jié)

TPS7H6101-SEP是一款性能卓越、功能豐富的GaN半橋功率級(jí)器件，具有出色的輻射性能、高性能的GaN FET半橋、優(yōu)化的封裝設(shè)計(jì)和靈活的控制模式。在衛(wèi)星電源系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分了解器件的引腳配置、規(guī)格參數(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。

各位電子工程師們，你們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似的功率級(jí)器件設(shè)計(jì)問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你們的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。