【经验】GaN FET在激光雷达驱动器中的参数设计指导

时间： 2020-06-13 来源：世强

技术问答

GaN FET在激光雷达（LiDAR）应用，对比于传统的Si MOS具有以下几点优势：

（1）GaN FET对比于Si MOS输入电容C_ISS要小10倍，使得GaN 开启时间对于Si MOS有很大优势；
（2）GaN FET属于横向器件，可以做到器件芯片级封装如WLCSP封装，可以做到很小的寄生电感，提高器件热性能，稳定性；

（3）GaN FET作为激光雷达应用中开关器件，对比与Si MOS器件封装小，相同电压电流条件下，合适于多线激光雷达产品。

因此如何利用好GaN FET优势去设计好产品便是一个重点问题。下面主要介绍激光雷达驱动器设计，本文中采用EPC公司的开发板EPC9126进行设计。下图是LiDAR驱动器的典型设计简图：

首先我们需要确认驱动器的设计参数规格：

（1）电流脉冲幅值I_DLpk ，EPC9126开发板上设计要求电流脉冲峰值35A；

（2）电流脉冲半峰全宽（FWHM）值t_W，EPC9126开发板t_W=3.5ns_；

（3）脉冲重复频率PRF；

（4）激光管正向压降V_DLF=9V

基本设计参数确定后，还需要估算出主回路中包含激光管封装的寄生电感，回路中的寄生电感主要包括PCB线路电感和激光管封装电感。PCB按照合理布局一般电感在1~2nH；一个插件封装激光管在最好的情况下电感约为5nH，通常还会更高。表面贴装激光管电感大概1~3nH。下图给出插件封装对于表贴封装激光管的寄生电感差异。

EPC9126开发板功率回路使用表贴激光管预计1.5nH，线路中寄生电感约为0.8nH。总的回路电感预估2.3nH。

接下来就需要确认功率回路谐振电容C₁值，按照如下公式（1）：

按照上式可以确认EPC9126开发板上谐振电容值C₁为1.1nF，为减小电容Esr，采用5组220pf 100V 电容并联。

确认输入电压值V_IN，按照如下公式（2）:

EPC9126 按照设计参数确认输入电压V_IN=60V。

在实际设计中最主要是需要尽可能的减小回路中的寄生电感，电感L直接影响整个激光驱动器成本以及性能。从下图中可以看出：

输入电压V_IN值跟随电感L₁值增加，回路中较大的寄生电感就要求较大的输入电压，这无疑会带来产品成本的增加，需要增加升压电路。所以对于控制功率回路中的寄生电感L值，需要从PCB Layout、GaN封装以及激光管封装等多个方面去考虑。

EPC公司的LiDAR开发板EPC9126/EPC9126HC采用最优的PCB layout，EPC9126采用GaN FET—EPC2016C，在极短的4ns脉冲宽度，给三接面激光产生35A脉冲。EPC9126HC为大电流演示系统，在 8ns脉冲宽度可产生65A脉冲。

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