AHV85110 概述

    AHV85110 是一款隔离式栅极驱动器，可驱动电源系统中的 GaN（氮化镓）FET（场效应晶体管）。其主要显着特征之一是将传统上独立的组件（隔离栅极驱动器和隔离电源）集成到单个紧凑封装中。这种集成消除了对多个连接的需求并降低了噪声，从而简化了系统设计并提高了整体性能（图 2-3）。

    图 2：单芯片 Allegro“微系统”（）。

    图 2：单芯片 Allegro“微系统”（）

    图 3：带有栅极驱动器的演示板（）。
    图 3：演示板（）
    “将该设备与竞争对手相比，它展示了令人印象深刻的结果。他们的解决方案带来了巨大的好处，包括简化的 BOM、紧凑的 PCB 占地面积、更低的 EMI 产生和更短的设计周期。此外，它消除了自举电路和隔离电源，同时限度地减少了共模电容噪声、振动、浪费和能量损失。”Mangtani 说道。
    主要特性和优点如下：
    更高的功率密度：与市场上现有产品相比，AHV85110 的功率密度显着提高了两倍。这一增强对于各个行业（尤其是汽车和工业领域）追求更高效率和发电能力的电源系统设计人员至关重要。
    更小的占地面积和更高的效率：它允许工程师设计更紧凑的系统，这在空间受限的应用中特别有利。高效率对于满足清洁能源运动的需求至关重要，因为电力系统需要更有效地生成、存储和利用能源以促进可持续性。
    降低 EMI 和噪声：Power-Thru 栅极驱动器通过整合隔离式栅极驱动器和电源，限度地减少电磁干扰 (EMI) 的连接和路径。EMI 路径的减少有助于保持系统性能的完整性并防止不必要的噪声，从而提高整体效率。
    简化的系统设计：将隔离式栅极驱动器和电源集成到单个封装中，降低了系统设计的复杂性。组件之间的连接较少，可地减少电磁干扰 (EMI) 路径和噪声，从而提高整体系统性能。
    更快的上市时间：AHV85110 的创新设计和简化的集成可加快产品开发周期，使制造商能够更快地将其解决方案推向市场。
    节省成本：通过减少设计中所需的组件数量，AHV85110 有助于在生产过程中节省成本，从而有助于提高企业的投资回报 (ROI)。
    高速切换
    在使用 GaN 和碳化硅开关的高速开关应用中，输入输出电容 (Cps) 对于电源转换器至关重要。这些开关会产生快速电压波动，导致分布电容快速充电和放电，从而导致 PCB 上产生高电流和 EMI 问题。Mangtani 表示，Allegro MicroSystems 通过减少设备中的输入输出电容来应对这些挑战，从而带来显着的效益。与竞争对手的比较表明，Allegro 器件的共模电容约为 1/3 至 1/7，从而降低了功耗并降低了 EMI（图 4-5）。
    图 4：半桥电路中的寄生电容（）
    图 4：半桥电路中的寄生电容（）
    图 5：输入输出共模电容系统影响（）。
    图 5：输入输出共模电容系统影响（）
    主要目标是确保电路可靠运行并防止低压控制电路出现潜在问题。开关电路中的高 dv/dt 会导致电压快速变化，从而导致电流尖峰。如果这些尖峰流经驱动器和隔离偏置电路的电容器 (Cps)，则可能会出现问题。为了解决这个问题，必须仔细考虑电容器的设计和放置，以应对高 dv/dt 事件期间增加的电流需求。
    电流返回路径（图 5 中的蓝色部分）在管理系统电流方面发挥着关键作用。它通过初级侧 GND 平面/走线布线并引导至功率级回路中的 Y 电容器 (Y-cap)。Y 电容器的存在有助于 EMI 滤波并为电流提供稳定的返回路径。
    保持共模 (CM) 电流的低阻抗路径对于防止对低压控制电路产生任何不利影响至关重要。共模电流在电路的不同部分之间共同流动，应通过低电阻路径引导至其源，确保它们不会干扰控制电路的性能。
    为了优化高dv/dt开关电路的性能和可靠性，提出以下建议：
    电容器布局：策略性地将电容器 (Cps) 放置在驱动器和隔离偏置电路中，以承受高 dv/dt 条件下的电流尖峰。
    接地和走线：确保初级侧 GND 平面/走线设计良好，以促进有效的电流返回。
    Y电容放置：优化系统Y电容的位置，以过滤EMI并有效提供稳定的电流返回路径。
    CM 电流管理：为 CM 电流实施低阻抗路径，以避免对低压控制电路造成干扰。
    AHV85110 使用单个低电容隔离栅来传输 PWM 信号和栅极功率。这样做可以消除对外部隔离 DC-DC 转换器的需求，而外部隔离 DC-DC 转换器是传统设置中电容器 (Cps) 的重要来源。AHV85110 每个通道仅需要大约 0.8 pF 的总电容，从而实现更小的 Cps。
    较小 Cps 的好处是双重的：
    减少振铃：较小的电容值可减少电路中的振铃。振铃是一种不需要的振荡，可能由于电路中的寄生元件而发生。AHV85110 可以通过化电容来减轻振铃并确保更好的信号完整性和性能。
    更简单的 PCB 设计：随着电容要求的降低，PCB 设计变得更加简单。较小的 Cps 可以使布局和元件放置更加灵活，从而更容易满足设计约束并减少潜在的信号干扰。
    Allegro 通过仿真模型和测量结果证明，他们的解决方案可大幅降低噪声尖峰，使其成为高性能电源转换器的选择。功耗模拟还显示功耗显着降低，凸显了 Allegro 创新器件带来的效率提升。
    此外，Allegro 致力于解决客户关注的问题并定制解决方案以满足特定要求。它们卓越的性能和对电源效率的关注使它们成为市场上有价值的参与者，为数据中心和太阳能应用带来巨大的价值。
    Mangtani 表示，封装结构包括一个基板，他们在该基板上设计了带有散热通孔的 LGA（栅格阵列），以有效管理热量。使用具有特定几何形状的环形线圈和策略性放置的引线键合来实现电容，以实现隔离和低漏感。
    Allegro 的方法涉及一种电荷转移机制，该机制可有效传输功率以打开器件的栅极，而无需将其存储在电容器中。这种方法减少了栅极驱动器中的功率损耗，并有助于整体降低功耗。通过调整器件以适应特定的转换范围，它们可以实现效率，从而在典型应用中每个开关节省约 1.4 瓦的功率。
    这种功耗降低的重要性在数据中心电源中尤为显着，其中实现白金级效率至关重要，即使电源效率的微小改进也会产生重大影响。