【应用】芯片级封装超低电感值eGaN®FET,脉冲激光驱动的理想选择


光探测和测距(LiDAR)是一种遥感技术,它可以传输来自传感器的光脉冲并测量反射回来的信号,用来确定物体的位置和距离,如图1所示。
图1:典型激光雷达系统示意图
对于诸如自动驾驶和辅助驾驶这样的应用,激光雷达系统需要短脉冲来达到必要的距离精确度——短脉冲短至几纳秒,甚至更短。这些脉冲通常由激光二极管产生。为了实现足够大的应用范围,峰值光功率必须很高,这意味着激光二极管的电流峰值需要达到几十甚至几百安培,这需要使用复杂的电路和特殊的昂贵半导体器件。
随着eGaN® FET(增强型氮化镓场效应晶体管)的出现,激光雷达理想性能可以使用低成本、简单电路来实现。应用于激光雷达的最常见的三种eGaN® FET是EPC2036、EPC2016C和EPC2001C,如图2所示。GaN的超高性能,芯片级封装中的超低电感值使得eGaN®FET成为脉冲激光驱动的理想选择。
图2:在车辆自动LiDAR系统中最常使用EPC2036、EPC2016C和EPC2001C
最简单、最常见的激光驱动器是谐振电容放电驱动器,如图3所示。为了克服电感L1并达到所需的快速电流上升时间,C1被充电到一个相对较高的电压(通常是25V到150V)。FET Q1必须能够承受电压,传导峰值电流,并在1ns或更短的时间内开启。eGaN® FET是唯一一种能够满足这些要求的、具有成本效益的半导体开关。
图3:简单激光驱动器示意图
EPC9126和EPC9126HC激光驱动演示系统的设计目的是为了EPC能量转换应用场景,使用基本最优布局原则来最小化电感。EPC9126激光驱动演示板中使用eGaN® FET EPC2016C,可以在4ns内产生35A的脉冲来驱动三结激光器。 高电流驱动演示板EPC9126HC,可以在8ns内产生65A的脉冲。两款驱动产品都内置关键波形感应器,可以适应多种激光器封装。图4为EPC9126、EPC9126HC激光驱动演示板图片。
图4:EPC9126、EPC9126HC激光驱动演示板系统以及测量波形
为了实现最大性能,可以为特定的激光和高性能的栅极驱动器优化PCB板。EPC公司推出了高峰值功率(>4kW)的大功率eGaN® FET产品200V EPC2047,脉冲额定电流为160A,能够实现8ns,155A脉冲激光。
对于汽车激光雷达应用,EPC还发布了符合AEC-Q101标准的增强型功率晶体管EPC2202,额定80V,脉冲电流75A。以及增强型功率晶体管EPC2203,额定80V,脉冲电流17A。EPC2202与EPC2016C的封装相同,EPC2203与EPC2036的封装相同。
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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
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0.23
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0.14
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0.42
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0
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86
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67
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20
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3.4
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28
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150
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BGA 0.85 x 1.2
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Apr, 2017
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