DISPOSITIVI ANALOGICI EVAL-LT8418-BZ Driver GaN half-bridge da 100 V con switch bootstrap intelligente integrato Guida per l'utente

Il circuito di valutazione EVAL-LT8418-BZ presenta l'LT8418 che pilota due FET al nitruro di gallio (eGaN) potenziato da 100 V in una configurazione a mezzo ponte. Il circuito è ottimizzato come convertitore buck, ma può essere utilizzato come convertitore boost o altre topologie di convertitore costituite da un mezzo ponte. Il circuito di valutazione può fornire fino a 10A con una buona gestione termica.

Per pilotare la scheda sono necessari uno o due segnali PWM esterni, a seconda della configurazione. Nella configurazione a ingresso singolo, il circuito del tempo morto sulla scheda viene utilizzato per generare il segnale del complemento e impostare il tempo morto. Il circuito del tempo morto viene bypassato nella configurazione a doppio ingresso.

Il driver LT8418 è dotato di potenti driver pull-down da 0.2 Ω e pull-up da 0.6 Ω che pilotano due FET GaN da 100 V. Integra inoltre un interruttore di bootstrap integrato intelligente per generare un volume di bootstrap bilanciatotage da VCC con un dropout minimo voltage. L'LT8418 fornisce driver a gate diviso per regolare le velocità di variazione di accensione e spegnimento dei FET GaN per sopprimere le oscillazioni e ottimizzare le prestazioni EMI.

Progetto filesono disponibili per questo circuito stampato.

Riepilogo delle prestazioni (TA = 25C)

Ingresso massimo voltage dipende dal carico induttivo. Il numero massimo di squilli del nodo di commutazione deve essere mantenuto al di sotto di 100 V per EPC2204.
La corrente di uscita massima dipende dalla temperatura del FET EPC2204, influenzata dalla frequenza di commutazione, dal volume di ingressotage, volume di uscitatagee gestione termica. Assicurarsi di monitorare la temperatura dello stampo quando si imposta la corrente di uscita.

A frequenze di commutazione elevate, la perdita di commutazione è dominante. Ingresso voltagLa corrente e la corrente di uscita devono essere ridotte per evitare il surriscaldamento dei FET GaN.

Procedura di avvio rapido

Il circuito di valutazione EVAL-LT8418-BZ è un dispositivo di potenzatagViene utilizzato per valutare le prestazioni dell'LT8418. Vedere la Figura 1 per la corretta configurazione dell'apparecchiatura di misurazione e utilizzare la seguente procedura:

Con l'alimentazione spenta, collegare l'alimentazione in ingresso alla scheda tramite i terminali VIN e GND. Collegare l'alimentazione ausiliaria ai terminali AUX INPUT e GND. Collegare il carico ai terminali VOUT e GND. Collegare l'uscita del generatore di funzioni ai pin INT e GND dell'intestazione J1.
Accendere l'alimentazione ausiliaria a 6V.
Impostare il generatore di funzioni per emettere una forma d'onda di impulso di uscita a Z alto da 5 V, 1 MHz, ciclo di lavoro del 50%.

Accendere l'alimentazione in ingresso al limite di 0 V, 7 A. Aumenta il volumetage lentamente a 48V.
Controllare il volume di uscita correttotage, che dovrebbe essere 24 V (±5%).

Una volta che il volume di uscita correttotage è stabilito, regolare il volume di ingressotagee caricare la corrente entro l'intervallo operativo e osservare i segnali di gate, commutare il nodo voltage, voltage ondulazione, efficienza e altri parametri.

NOTA: Quando si sondano i segnali del cancello o il nodo interruttore, si consiglia di utilizzare la molla di terra per evitare induttanza parassita nel lungo cavo di terra. Misurare il volume in ingresso o in uscitatagL'ondulazione toccando la punta della sonda direttamente attraverso i terminali VIN (J2) e GND (J3) o VOUT (J4) e GND (J5).

Figura 1. Connessioni della scheda EVAL-LT8418-BZ in modalità di controllo a ingresso PWM singolo

Volume di uscitatage e Potenza

L'EVAL-LT8418-BZ può essere configurato come convertitore buck o boost o altre topologie di convertitore costituite da un semiponte con volume massimo di ingresso e uscitatages di 80V. Tuttavia, il convertitore è progettato in modo ottimale per convertire 48VIN in 24VOUT a 1MHZ, fornendo fino a 10A con un dissipatore di calore o un flusso d'aria forzato. A pieno carico con flusso d'aria forzato, sebbene la scheda possa erogare 240 W, il FET superiore si riscalda in modo significativo. Pertanto, si consiglia un dissipatore di calore se si prevede questa condizione operativa per un periodo prolungato. Per ulteriori dettagli sull'utilizzo di un dissipatore di calore, consultare la sezione "considerazioni termiche".

Il rapporto di conversione può essere regolato modificando il ciclo di lavoro del/i segnale/i di ingresso PWM, mentre la frequenza di commutazione è impostata dalla frequenza del segnale di ingresso PWM. Per ottimizzare l'efficienza del convertitore con specifiche di potenza diverse, gli induttori dei componenti di potenza passivi e i condensatori di ingresso/uscita devono essere ridimensionati in modo appropriato. Anche i tempi morti devono essere regolati per ridurre al minimo la perdita durante il tempo morto. La Figura 3 e la Figura 4 mostrano l'efficienza del convertitore rispetto alla corrente di carico in diverse condizioni operative.

Impostazione LDO

Un LDO (U3) viene utilizzato per fornire alimentazione all'LT8418 e ai circuiti dei tempi morti. L'uscita voltagNella configurazione predefinita, il VCC dell'LDO è impostato su 5 V, ma può essere regolato modificando i valori R2 e R4. L'alimentazione in ingresso di U3 proviene da un alimentatore ausiliario predefinito, AUX INPUT, che varia da 5.5 V a 80 V, o direttamente dall'alimentatore in ingresso della scheda, che può essere selezionato modificando la posizione del ponticello JP1.

Modalità di controllo

Il circuito EVAL-LT8418-BZ è un convertitore a mezzo ponte ad anello aperto senza rete di feedback e anello di controllo. Pertanto, la scheda richiede due segnali PWM complementari per pilotare i pin INT e INB dell'LT8418. Questi segnali provengono da uno (in modalità ingresso PWM singolo) o due (in modalità ingresso PWM doppio) segnali PWM esterni forniti da un generatore di funzioni o microcontrollore.

La modalità a ingresso PWM singolo è lo schema di controllo predefinito di questa scheda di valutazione. In questa modalità, solo una singola uscita PWM del generatore di funzioni è collegata all'intestazione J1, come mostrato nella Figura 1. Il terminale positivo è collegato al pin più a sinistra (etichettato INT), mentre il terminale negativo è collegato al pin centrale ( etichettato GND).

In alternativa, è possibile applicare due segnali PWM separati all'intestazione J1 per controllare i pin INT e INB in modo indipendente nella modalità a doppio ingresso PWM. Per abilitare questa modalità di controllo, sono necessarie alcune modifiche a livello di componente per bypassare i filtri RC. Nello specifico, R5 deve essere rimosso e R7, R3 e R6 devono essere cortocircuitati con resistori da 0 Ω. I lati positivi degli ingressi INT e INB vengono applicati rispettivamente al pin più a sinistra (etichettato INT) e al pin più a destra (etichettato INB) dell'intestazione J1. Poiché il circuito dei tempi morti non genera più tempi morti tra i segnali di ingresso INT e INB, è necessario effettuare un controllo accurato in questa modalità di controllo per evitare incidenti di shoot-through. La tabella 1 elenca le configurazioni dei circuiti di due modalità di controllo.

Tabella 1. Configurazioni del circuito per le modalità di controllo

Configurazione predefinita
Il valore della resistenza può essere modificato per regolare il tempo morto

Tempo morto

Nella modalità di controllo con ingresso PWM singolo, i tempi morti dei segnali di gate sono impostati dal circuito dei tempi morti costituito da due inverter e filtri RC. Il segnale PWM in ingresso viene prima invertito e diviso in due segnali complementari dall'inverter Schmitt-trigger U2. I due segnali vengono poi ritardati dai filtri RC, fissando i tempi morti prima di essere nuovamente invertiti da un altro inverter U4. Questi due segnali risultanti vengono applicati ai pin INT e INB che pilotano l'LT8418. I tempi morti predefiniti sulla scheda sono ottimizzati per le condizioni operative 48VIN, 24VOUT, 1MHz fSW e 10A IOUT. Tuttavia, i tempi morti possono essere regolati modificando i valori R3 e R6 per valutare l'impatto del tempo morto sull'efficienza. Quando si modificano i tempi morti, è necessario adottare un'attenta progettazione per evitare una condizione di "shoot-through". La Figura 2 mostra la relazione tra i valori dei resistori e i tempi morti tra i segnali INT e INB.

Figura 2. Tempi morti rispetto ai valori dei resistori

Considerazioni termiche

A frequenze di commutazione elevate e potenza di uscita elevata, è necessario prestare attenzione per evitare il surriscaldamento dei FET GaN. Per una migliore gestione termica, EVAL-LT8418-BZ è dotato di quattro distanziatori meccanici che possono essere utilizzati per collegare un dissipatore di calore (527-45AB) allo strato inferiore. Dal momento che tutto l'alto professionistafile i componenti sono posizionati sullo strato superiore, il dissipatore di calore può essere facilmente posizionato sullo strato inferiore contro la superficie dei FET GaN e dell'LT8418. Sotto il dissipatore di calore è opportuno inserire un pad termico e un dissipatore termico (4051100100017) per garantire un buon contatto, migliorando la dissipazione termica.

Considerazioni sulla misurazione

Per misurare il volume del gate high-side si consiglia una sonda differenziale ad alta velocità come la sonda IsoVu di Tektronixtage nell'intestazione TP10. Ha bassi elementi parassiti, adatti per misurare forme d'onda ad alta frequenza. Per la misurazione del vol. si consigliano sonde passive a bassa capacità parassita con molle rettificatetage in altri nodi. Le prese a montaggio superficiale (TP1-TP7) sono dotate sullo strato superiore per facilitare il sondaggio.

Prestazione

Elenco dei materiali

Schema

Figura 17. Schema EVAL-LT8418-BZ

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Documenti / Risorse

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Riferimenti

Manuale d'uso