【经验】氮化镓场效应晶体管如何融合激光雷达技术,实现极具性价比脉冲激光驱动电路开关

2022-06-07 EPC
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激光雷达(LiDAR)是一种远距感测技术,从感测器发射光脉冲,并记录反射光线的时间,从而映射物件的位置及距离,如图1所示。应用诸如自动驾驶汽车及驾驶辅助系统(ADAS),需要利用于纳秒级窄脉冲工作的器件,从而实现雷达所需的距离分辨率–数纳秒或更短的时间。通常使用激光二极管产生这些脉冲。由于必须以高峰值的光功率来扫描所需的周围环境,激光二极管的峰值电流必须为10至100安培,因此需要使用复杂的电路、独特而且昂贵的半导体。


直至最近才出现可选的全新、极具成本效益的半导体。当简单、小型化及成本更低的氮化镓场效应晶体管(eGaN®FET)推出后,激光雷达所需的性能得以实现。在激光雷达应用最普遍使用的氮化镓器件包括图2所示的EPC2036EPC2016CEPC2001C。氮化镓场效应晶体管具备超高性能,而且它采用芯片级封装,因此具有超低电感,使得它们成为脉冲激光驱动电路最理想的开关器件。


如何实现得到? 

最简单及最普遍的激光驱动电路是共振式、电容放电驱动器,如图3所示。FET(Q1)通过集散电感(L1)及激光(DL)以共振方式放电(C1)。要解决电感(L1)的问题及实现所需的快速电流上升时间,C1被充电至较高压(通常是25V至150V)。FET(Q1)必需耐压、在峰值电流具极短的导通时间,及导通时间在1纳秒之内或更短时间。目前只有已有供货和极具成本效益的eGaN®FET开关器件符合以上所有要求。

我们推荐在各种基于EPC氮化镓器件的功率转换应用,采用基本最优化的版图,正如EPC9126及EPC9126HC激光驱动器演示系统的设计,从而把电感降到最小。EPC9126采用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。两个驱动器可感测到主要波形图及可以采用多个激光封装。图4展示出EPC9126驱动器。要取得最高性能,对一个特定的激光可以采用优化的PCB及配以高性能栅极驱动器,例如TI公司的LMG1020。如果使用具备低电感表面装贴激光,例如Excelitas的TPGAD1S09H,EPC2016C可以实现26A、1.8ns脉冲宽度(图5)。在非常高的峰值功率(>4kW),采用具有160A额定脉冲电流的200VEPC2047晶体管,可以使用相同的驱动器及激光来实现8ns脉宽和155A脉冲(图6)。


通过AEC-Q101认证的车规级元件 

为支持面向车用的各种激光雷达应用,EPC公司推出通过AEC-Q101认证的车规级EPC2202(80V、可实现75A脉冲电流)和EPC2203(80V、可实现17A脉冲电流)。EPC2202的占板面积跟EPC2016C一样,而EPC2203的占板面积跟EPC2036一样


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激光雷达技术发展迅猛,支持该技术的器件的性能,远远没有达到极限。请留意该技术的全新发展及世强官网以取得最新资讯。

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