汽車級(jí)雙路5V、7A/6A低側(cè)GaN和MOSFET驅(qū)動(dòng)器SGM48522Q技術(shù)解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高性能的驅(qū)動(dòng)器對(duì)于各種應(yīng)用的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。今天要為大家詳細(xì)介紹SG Micro Corp推出的SGM48522Q，這是一款汽車級(jí)雙路5V、7A/6A低側(cè)GaN和MOSFET驅(qū)動(dòng)器，在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

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一、產(chǎn)品概述

SGM48522Q是一款高速、雙通道低側(cè)驅(qū)動(dòng)器，專為驅(qū)動(dòng)GaN FET和邏輯電平MOSFET而設(shè)計(jì)。其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了LiDAR、飛行時(shí)間測(cè)量、面部識(shí)別以及使用低側(cè)驅(qū)動(dòng)器的功率轉(zhuǎn)換器等。該驅(qū)動(dòng)器具備7A源電流和6A灌電流輸出能力，采用分離輸出配置，可根據(jù)FET的特性對(duì)開啟和關(guān)斷時(shí)間進(jìn)行單獨(dú)優(yōu)化。Flip - Chip TQFN封裝和引腳布局能最大程度減少寄生電感，從而降低上升和下降時(shí)間，并抑制振鈴。此外，2ns的傳播延遲且具有極小的容差和變化，使其能夠在高頻下高效運(yùn)行。同時(shí)，該驅(qū)動(dòng)器還具備內(nèi)部欠壓鎖定和過(guò)溫保護(hù)功能，可應(yīng)對(duì)過(guò)載和故障事件。此器件符合AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)（汽車電子委員會(huì)（AEC）標(biāo)準(zhǔn)Q100 1級(jí)），適用于汽車應(yīng)用，采用綠色TQFN - 2×2 - 10AL封裝。

二、產(chǎn)品特性

2.1 汽車級(jí)認(rèn)證

通過(guò)AEC - Q100認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用，工作溫度范圍為 - 40℃至 + 125℃，能在嚴(yán)苛的汽車環(huán)境中穩(wěn)定工作。

2.2 電源與電流能力

采用5V電源電壓，提供7A峰值源電流和6A峰值灌電流，可滿足大多數(shù)功率器件的驅(qū)動(dòng)需求。

2.3 高速驅(qū)動(dòng)

超快速的低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器，適用于GaN和Si FET。最小輸入脈沖寬度為1ns，最高工作頻率可達(dá)60MHz，傳播延遲僅2ns（典型值），上升時(shí)間720ps（典型值），下降時(shí)間570ps（典型值），能實(shí)現(xiàn)快速的開關(guān)動(dòng)作。

2.4 保護(hù)功能

具備欠壓鎖定（UVLO）和過(guò)溫保護(hù)（OTP）功能，可有效保護(hù)電路免受故障影響。

2.5 封裝優(yōu)勢(shì)

采用綠色TQFN - 2×2 - 10AL封裝，體積小巧，且能減少寄生電感。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 汽車應(yīng)用

在汽車電子系統(tǒng)中，如LiDAR（激光測(cè)距系統(tǒng)），SGM48522Q可提供高速、穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)，確保激光發(fā)射和接收的準(zhǔn)確性。

3.2 通信系統(tǒng)

在5G RF通信系統(tǒng)中，可用于功率放大器等模塊的驅(qū)動(dòng)，提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

3.3 無(wú)線充電系統(tǒng)

為無(wú)線充電系統(tǒng)中的功率轉(zhuǎn)換部分提供高效的驅(qū)動(dòng)，提升充電效率。

3.4 GaN DC/DC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

在GaN DC/DC轉(zhuǎn)換器中，SGM48522Q能充分發(fā)揮GaN FET的性能，實(shí)現(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換。

四、電氣特性

4.1 直流特性

• 靜態(tài)電流：在不同輸入條件下，VDD靜態(tài)電流在50 - 100μA之間。
• 工作電流：在30MHz工作頻率下，無(wú)負(fù)載時(shí)工作電流為48mA，帶100pF負(fù)載時(shí)為63mA。
• 欠壓鎖定閾值：典型值為4.18V，滯后電壓為97mV。
• 過(guò)溫關(guān)斷閾值：上升沿閾值為175℃，滯后溫度為23℃。

  4.2 輸入特性

• 高閾值：IN1和IN2的高閾值在1.7 - 2.6V之間。
• 低閾值：低閾值在1.1 - 1.8V之間，滯回電壓為0.38 - 1V。
• 輸入下拉電阻：INx到GNDx的下拉電阻為100 - 250kΩ。
• 輸入引腳電容：約為2.3pF。

  4.3 輸出特性

• 輸出低電壓：OUTLx在輸出電流為100mA，輸入電壓為0V時(shí)，輸出低電壓不超過(guò)36mV。
• 輸出高電壓：OUTHx在輸出電流為100mA，輸入電壓為5V時(shí)，輸出高電壓與VDD的差值不超過(guò)50mV。
• 峰值源電流：可達(dá)7A。
• 峰值灌電流：可達(dá)6A。

  4.4 開關(guān)特性

• 啟動(dòng)時(shí)間：VDDx上升超過(guò)UVLO時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間典型值為57μs，最大78μs。
• 關(guān)斷時(shí)間：UVLO下降時(shí)，關(guān)斷時(shí)間在0.7 - 3.5μs之間。
• 導(dǎo)通傳播延遲：INx到OUTHx，帶100pF負(fù)載時(shí)，典型值為2.1ns，最大4ns。
• 關(guān)斷傳播延遲：INx到OUTLx，帶100pF負(fù)載時(shí)，典型值為1.7ns，最大4ns。
• 脈沖正失真：不超過(guò)400ps。
• 輸出上升時(shí)間：典型值為720ps。
• 輸出下降時(shí)間：典型值為570ps。
• 最小輸入脈沖寬度：為1ns。

五、詳細(xì)設(shè)計(jì)與應(yīng)用注意事項(xiàng)

5.1 輸入級(jí)設(shè)計(jì)

輸入引腳IN1和IN2采用施密特觸發(fā)器，可提高抗噪能力。同時(shí)，內(nèi)部連接下拉電阻，防止輸入浮空時(shí)輸出誤開啟。

5.2 輸出級(jí)設(shè)計(jì)

輸出提供7A峰值源電流和6A灌電流，且輸出分離，可通過(guò)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電阻連接晶體管柵極，靈活調(diào)整開啟和關(guān)斷速度，控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的壓擺率、EMI和柵極信號(hào)的振鈴。在欠壓條件下，OUTLx引腳會(huì)被拉低，防止器件 (C_{ISS}) 誤開啟FET。

5.3 VDD和欠壓鎖定

額定工作電壓為5V ± 0.5V，需確保驅(qū)動(dòng)芯片電源誤差在0.5V以內(nèi)，電源瞬態(tài)過(guò)沖電壓不能超過(guò)器件的絕對(duì)最大電壓。每個(gè)通道都有獨(dú)立的欠壓鎖定（UVLO）功能，上升觸發(fā)點(diǎn)典型值為4.18V，滯后電壓為97mV，可保護(hù)電路在故障時(shí)正常工作。

5.4 過(guò)溫保護(hù)

每個(gè)通道都有獨(dú)立的過(guò)溫保護(hù)（OTP）功能，觸發(fā)點(diǎn)為 + 175℃，滯后溫度為23℃。當(dāng)OTP觸發(fā)時(shí)，對(duì)應(yīng)通道的開關(guān)動(dòng)作停止，OUTLx保持低電平，當(dāng)器件結(jié)溫降至 + 152℃以下時(shí)，恢復(fù)正常工作。

5.5 應(yīng)用設(shè)計(jì)

• 驅(qū)動(dòng)需求：PWM控制器輸出通常無(wú)法提供功率器件柵極所需電壓，SGM48522Q可將3.3V邏輯信號(hào)提升至5V，使GaN晶體管充分導(dǎo)通，降低導(dǎo)通損耗。
• 噪聲免疫：良好的抗噪能力可減少高頻開關(guān)噪聲的影響，同時(shí)將柵極電荷功率損耗從控制器轉(zhuǎn)移到驅(qū)動(dòng)器，降低控制器的功耗和熱應(yīng)力。
• 典型應(yīng)用：典型應(yīng)用電路為雙通道、5V驅(qū)動(dòng)電壓，用于驅(qū)動(dòng)GaN晶體管或邏輯電平Si FET。輸出分離結(jié)構(gòu)可通過(guò)驅(qū)動(dòng)電阻分別控制開啟和關(guān)斷速度。為避免驅(qū)動(dòng)電路寄生電感引起的電壓過(guò)應(yīng)力，建議在OUTHx和OUTLx使用至少2Ω電阻。
• 設(shè)計(jì)要求：在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮電路布局、PCB走線設(shè)計(jì)、無(wú)源元件選擇和最大工作頻率等因素。
• 處理地彈：將SGM48522Q的接地引腳盡量靠近低側(cè)FET的源極，以減小柵極電流環(huán)路和寄生電感，但可能會(huì)導(dǎo)致地彈。可通過(guò)內(nèi)置施密特觸發(fā)器增加輸入滯回，或采用反相輸入接受PWM信號(hào)、非反相輸入連接VDD等方法提高穩(wěn)定性。還可在INx輸入前放置100Ω限流電阻，或利用輸入寄生電容和串聯(lián)電阻構(gòu)成RC濾波器減少高頻噪聲。
• VDD過(guò)沖解決方案：由于PCB寄生電感，高電流開關(guān)條件下易出現(xiàn)電感振鈴和瞬態(tài)過(guò)沖電壓。需評(píng)估和控制過(guò)沖，可通過(guò)優(yōu)化PCB布局減小寄生電感，使用低ESL元件和串聯(lián)電阻限制電壓過(guò)沖。若過(guò)沖較大，需使用更高精度的電源。
• 高頻應(yīng)用：SGM48522Q上升/下降時(shí)間為720ps/570ps，最小輸出脈沖寬度為1ns，最大工作頻率為60MHz。高頻脈沖工作時(shí)，可采用有一定間隔時(shí)間的高頻脈沖串，同時(shí)需要更大的去耦電容。
• 電源建議：使用低ESR/ESL陶瓷電容作為旁路電容，靠近IC的VDD和GND引腳放置。推薦使用三端電容和大容量電容并聯(lián)，以提供高峰值電流和穩(wěn)定的VDD引腳電壓。
• 布局指南：采用至少四層布線的PCB，使用小封裝的電阻和電容，以減小寄生電感和PCB空間。將SGM48522Q盡量靠近GaN FET，加寬柵極驅(qū)動(dòng)電路走線。VDD引腳需連接旁路電容到各自的GND引腳，電容應(yīng)連接到VDD和GND電源平面，且電容值在0.1μF - 1μF之間，材料為X7R或更好。

六、總結(jié)

SGM48522Q作為一款高性能的汽車級(jí)低側(cè)驅(qū)動(dòng)器，在高速、高效驅(qū)動(dòng)GaN FET和MOSFET方面表現(xiàn)出色。其豐富的保護(hù)功能和靈活的輸出配置，使其適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，需要充分考慮各種因素，合理布局和選擇元件，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似驅(qū)動(dòng)器的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。