【产品】单芯片上集成多个器件的ePower™功率级IC EPC2152,可节省33%的PCB面积
使用硅基氮化镓(GaN-on-Si)基板制作的集成电路投入生产已有五年多了,基于氮化镓的IC经历了各“阶段”的集成,从分立器件到单片式半桥器件、到集成驱动器的单片式功率FET、再到最近的包含功率FET、驱动器、电平转换电路、逻辑电路和保护电路的单片式功率级IC。
第一阶段的集成——单片式半桥器件
半桥是功率转换系统中最常用的结构块,半桥可用于降压转换器、升压转换器、LLC转换器、总线转换器、电机驱动器及其他转换器拓扑。因此,EPC在2014年9月推出单片式半桥器件时,就相当于迈出了将功率系统集成到一个半导体基板上的第一步。这些器件中的第一款产品,如图1(a)所示,将高侧和低侧晶体管布置在一个基板上,图1(b)是其等效电路图。该集成器件的优点是能够减小尺寸和降低成本,而且两个晶体管紧密耦合,使得寄生共源电感也减小了。该集成器件还能提高开关速度,以获得更快的开关式功率转换系统。
图1(a) EPC2100单片式半桥器件,尺寸为6 mm × 2 mm
图1(b) 等效电路图
这是个好的开始,但是,使用GaN晶体管或GaN半桥器件的用户,仍需要外加驱动电路。一些公司推出的使用传统硅工艺制造的驱动IC,可以很容易与增强型GaN晶体管连接,但使用这些驱动器所增加的尺寸、成本和栅极回路寄生电感,限制了GaN在功率转换系统中的潜能。
第二阶段的集成:半桥加驱动器
2018年初,为解决外加栅极驱动器的问题,便有了在GaN晶体管上增加驱动器的器件,如图2(a)所示,图2(b)是等效电路图。在GaN中,200V功率晶体管加上极短的栅极-漏极间距,就能制作出低压晶体管。这些GaN FET加驱动器的集成电路可由简单的CMOS逻辑电路驱动,工作在多兆赫频率下,无需硅驱动IC。
2(a) 集成驱动器的EPC2112单片式GaN-on-Si FET,尺寸为1.1 mm × 2.9 mm
图2(b) 等效电路图
第三阶段的集成——ePower™功率级IC
2019年初,驱动功能、单片式半桥、电平转换器、同步升压电路、保护和输入逻辑电路被合并到一个硅基氮化镓基板上,如图3(a)和图3(b)所示。这个完整的ePower™功率级IC,可工作在多兆赫频率下,并由一个简单的接地参考的CMOS IC控制,只需添加少数的无源器件,就能形成一个完整的DC-DC稳压器。图4展示了该单片式功率级IC在一个48 VIN – 12 VOUT的降压转换器中、在1 MHz和2.5 MHz下的效率。
图3(a) EPC2152单片式ePower功率级IC,尺寸为3.9 mm × 2.6 mm
图3(b) 等效电路图
图4 效率——输出电流图
图5展示了该功率级IC的基本横截面,其高侧和低侧功率FET都带有低压晶体管,最左边的电平转换晶体管必须具有和输出FET相同的额定电压,用于驱动器和逻辑功能的单个信号——电平器件可以具有较低的电压,因此栅极和漏极间距较小。图中没有展示电容和电阻。
图5 单片式功率级IC的横截面
ePower™功率级IC至少可代替3个分立芯片,栅极驱动器和两个FET,使设计和制造变得更简单。如图6所示,与使用分立器件相比,该器件能够节省至少33%的印刷电路板面积。该器件使设计师可以很容易发挥GaN技术的性能优势,在单芯片上集成多个器件,能使设计、布局、组装变得更容易,还能节省占板面积、提高效率。
图6 使用分立器件和ePower™功率级IC的48 V – 12 V降压转换器对比,功率级IC方案节省了33%的PCB面积
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产品型号
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品类
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Configuration
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VDSmax(V)
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VGSmax(V)
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Max RDS(on) (mΩ)
@ 5 VGS
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QG typ(nC)
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QGS typ (nC)
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QGD typ (nC)
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QOSS typ (nC)
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QRR(nC)
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CISS (pF)
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COSS (pF)
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CRSS (pF)
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ID(A)
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Pulsed ID (A)
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Max TJ (°C)
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Package(mm)
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Launch Date
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EPC2040
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Enhancement Mode Power Transistor
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Single
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15
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6
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30
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0.745
|
0.23
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0.14
|
0.42
|
0
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86
|
67
|
20
|
3.4
|
28
|
150
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BGA 0.85 x 1.2
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Apr, 2017
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选型表 - EPC 立即选型
Enhancement-Mode Gallium Nitride Technology
型号- EPC2212,N/A,EPC2214,EPC2059,EPC2216,EPC2215,EPC2218,EPC2050,EPC9126,EPC2052,EPC2051,EPC2054,EPC2053,EPC2055,EPC9086,EPC2218A,EPC90153,EPC2102,EPC2101,EPC2104,EPC2103,EPC2106,EPC2105,EPC2107,EPC2065,EPC90151,EPC90152,EPC2100,EPC2067,EPC21701,EPC2221,EPC2066,EPC90150,EPC9097,EPC90145,EPC90142,EPC9098,EPC90143,EPC9099,EPC9092,EPC90148,EPC90149,EPC90146,EPC9094,EPC90147,EPC2219,EPC9091,EPC2619,EPC2036,EPC2035,EPC2038,EPC2037,EPC2014C,EPC9507,EPC2031,EPC2152,EPC9063,EPC9126HC,EPC2204A,EPC9061,EPC2308,EPC2307,EPC9005C,UP1966E,EPC2203,EPC9004C,EPC2204,EPC2207,EPC2206,EPC2044,EPC2012C,EPC9049,EPC2252,EPC9166,EPC9167,EPC9041,EPC9162,EPC9165,EPC7020,EPC9160,EPC9040,EPC2302,EPC2001C,EPC2304,EPC2306,EPC2305,EPC8002,EPC9177,EPC9167HC,EPC9179,EPC9173,EPC9174,EPC9055,EPC9050,EPC9171,EPC9172,EPC7007,EPC2034C,EPC7002,EPC9148,EPC23101,EPC2071,EPC7001,EPC23102,EPC23103,EPC9144,EPC23104,EPC90140,EPC2111,EPC7004,EPC7003,EPC90132,EPC9022,EPC90137,EPC90138,EPC90135,EPC7019,EPC7018,EPC9038,EPC9039,EPC21603,EPC9156,EPC9036,EPC9157,EPC9037,EPC21601,EPC2088,EPC7014,EPC90122,EPC90123,EPC90120,EPC9153,EPC90121,EPC9154,EPC90124,EPC9150,EPC90128
eGaN® FETs and ICs for DC-DC Conversion APPLICATION BRIEF
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EPC Altium Libary PcbLib & SchLib & IntLib
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eGaN® FETs and ICs for DC-DC Conversion
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支持GSM / GPRS 等多种制式产品的射频测试,覆盖所有上行和下行的各项射频指标,包括频差、相差、调制、功率、功控、包络、邻道泄漏比、频谱、杂散、灵敏度、同道干扰、邻道干扰、互调、阻塞等等。满足CE / FCC / IC / TELEC等主流认证的射频测试需求。
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