纳芯微推出全新带保护功能的智能隔离单管驱动NSi66x1A

发布时间：2022-09-14 15:00
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：3009

　　NSi6611A/NSi6651A是单通道智能隔离式栅极驱动器，设计用于2121V直流工作电压以下应用中的SiC MOSFET，IGBT的驱动。NSi6611/NSi6651具有强大的驱动能力，可以提供最大10A的拉灌电流能力，支持轨到轨输出和分离输出。它可以提供完善的保护功能，如快速过流和短路保护、故障软关断功能，弥勒钳位功能、欠压保护，且短路故障或欠压发生时，通过单独的引脚报告反馈。NSi6611支持ASC特色的功能，可用于在紧急情况下强制输出为高。

　　NSi6611/NSi6651输入端与输出端采用双电容增强隔离技术，且采用纳芯微Adaptive OOK编码技术, 支持150kV/μs的最小共模瞬变抗扰度（CMTI），提高系统鲁棒性。

纳芯微推出全新带保护功能的智能隔离单管驱动NSi66x1A

　　应用场景

　　- 新能源汽车主驱、发动机、升压DCDC

　　- 工业变频器

　　- 空调压缩机

　　- 光伏逆变器、储能、UPS、高功率电源等

　　产品特性

　　1. 超强驱动能力，可以提供最大10A的拉灌电流能力，支持轨到轨输出和分离输出

　　2. 完善的保护功能：DESAT短路保护、故障软关断、弥勒钳位、欠压保护；短路故障或欠压发生时，还能通过单独的引脚报告进行反馈

　　3. 输入与输出端均采用双电容增强隔离技术，外加纳芯微Adaptive OOK编码技术，最小共模瞬变抗扰度（CMTI）高达150kV/μs，提高了系统的鲁棒性

　　4. 驱动器侧电源电压VCC2最大为32V，输入侧VCC1为3V至5.5V电源电压供电；VCC1和VCC2都具有欠压保护（UVLO）

　　5. 极低的传输延时，低至80ns

　　6. NSi6611支持ASC特色的功能，可在紧急情况下强制输出为高

　　7. 工作环境温度：-40℃ ~ 125℃

　　8. 符合 RoHS 标准的封装类型：SOW16

　　NSi66x1A 超强驱动能力，有效节约外围电路

　　在大功率的应用中，客户一般会选择大功率的管子，IGBT或者SiC。越大功率的管子，功率管的Qg也会越大，则对驱动电路的驱动电流能力的要求就会越高。客户的传统方案会使用驱动电流小的隔离驱动，加上额外的Buffer电路来实现驱动电流增大，如下图所示。由于Buffer电路价格高，且占用PCB体积较大，同时还需要额外的电路做电路匹配，给设计带来了难度，如果设计不当，会导致在驱动电路产生额外的寄生电感和寄生电容，降低了系统的稳定性。

纳芯微推出全新带保护功能的智能隔离单管驱动NSi66x1A

　　由于NSi66x1A可以提供最大10A的拉灌电流能力，它可以在不需要额外的Buffer 电路，直接驱动大功率的管子。同时它内部集成弥勒钳位，且支持分离输出，使用简单，外围器件少，性价比高。


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　　在新能源汽车快速发展的推动下，热管理市场正迎来高速增长。据公开行业报告*预测，中国新能源汽车热管理市场规模将在2025年达到883亿至947亿元，2028年更有望突破1440亿元。　　近日，纳芯微技术市场经理高峰在新能源与热管理论坛中，围绕“集成化电机驱动IC赋能新能源汽车热管理系统智能化跃迁”展开分享，立足汽车芯片设计公司视角，从技术路线演进、挑战剖析等四个维度，深入探讨了新能源汽车热管理发展对芯片提出的新要求。　　新能源汽车热管理：市场“狂飙”与技术“闯关”　　在“碳中和”政策引导和消费者对续航、安全性不断攀升的要求下，热管理系统正加速迈向高效化、集成化、智能化。整车热管理架构正从分散式向高度集成式演进，空调、电池、电驱等子系统温控深度融合，对控制精度、能效调节和系统响应速度提出更高要求。这一趋势不仅催生了大量控制芯片需求，也对上游芯片设计在可靠性、性能和成本控制等方面带来前所未有的挑战。　　在高峰看来，技术挑战在于要以尽可能小的能量满足整车系统在冷凝侧水路工况要求，无论是制热还是制冷。集成化成为零部件厂商长期成长的关键和核心壁垒，不仅涉及热管理系统零部件的集成化，还对芯片集成化提出了更高要求。　　集成化驱动IC：解码核心价值，开启创新方向　　在集成化驱动IC领域中，纳芯微围绕“高精度控制”构建核心优势。区别于标准通用芯片按目录排物料，纳芯微聚焦汽车应用，提供完整解决方案。像NSD731x系列多通道驱动芯片，适配多通道水阀等应用。借助高精度控制，可精准调节阀体开关、水阀转速动态响应，提升系统能效管理，让新能源汽车热管理系统在不同状况下都能实现最佳性能。未来创新方向将围绕进一步提升控制精度、拓展应用场景展开。　　集成化驱动IC的创新方向中，智能算法集成至关重要。当前集成式热管理正迈向域控制器架构，在热管理域控的集中化与动态调整过程中，智能算法能依据实时数据和采集信号，灵活调整热管理控制策略，大幅提升系统智能化水平与适应性。　　以电机控制类芯片为例，它不再局限于单纯的驱动功能，而是在芯片内集成算法。纳芯微的全集成嵌入式电机驱动SoC产品将驱动、保护、通信、电源管理及控制等功能集成于单芯片，极大简化了外围电路。其中，量产的NSUC1610在国内主机厂车型中表现优异，全集成设计降低了系统复杂性与成本，还提高了PCB电路的可靠性与稳定性。　　此外，预驱加控制模块的一体化设计也是重要方向，它能降低系统损耗，支持更高电流密度与能量密度，实现系统性能跃迁，满足新能源汽车高效、高功率密度的模块化设计需求。　　在汽车热管理域控系统的发展进程中，芯片设计的技术演进路线带来了新的芯片解决方案需求。目前，汽车热管理域控系统架构不断演变，已有零部件厂商推出ITMS架构，未来产品将持续朝着系统降本、芯片降本的方向迈进。　　高峰解释说，在汽车热管理系统中，通常配备两到三个水泵、两到三个电子水阀，采用三通阀或四通阀、以及多通阀的阀岛概念，通过BDC或BLDC直流有刷、无刷电机，以及两到三个步进电机驱动电子膨胀阀，还可能有冷却风扇或鼓风机的驱动。其中，电子水泵和风扇大多采用BLDC电机，以无感FOC方式控制，这意味着多个BLDC电机的算法控制需由域控制器的大MCU实现无感FOC电机算法控制。　　这对芯片的算力、主频及MCU资源要求颇高，当前多采用具备高主频、强算力和实时控制能力的MCU架构，以满足域控制器对性能与响应的双重要求，整个PCB硬件方案成本约为200元。为降低成本，可将算法下放到电机侧执行器，通过BLDC预驱的SoC或集成算法的ASIC完成所有BLDC电机控制，从而解放域控制器MCU资源。如此一来，仅需M3主频100MHz或M4F的MCU即可完成系统热管理驱动控制，使PCBA系统硬件成本降至150元以内。若将算法固化到BLDC专用电机驱动芯片，成本有望降至100元以内，从而实现快速系统降本。　　他展望道，随着新能源热管理系统架构趋于稳定固定，越来越多的一级供应商和主机厂将与芯片厂家联合定义芯片。届时，芯片设计将更加标准化和集成化，将驱动侧、通信侧、管理侧及电源管理等功能集成在一颗芯片中，PCBA上仅保留一颗大的控制芯片，功率器件置于外围。目前，已有零部件供应商和热管理供应商与相关企业进行前沿交流和工程级别系统验证。　　技术亮点，引领典型应用　　在汽车系统热管理领域，纳芯微的产品展现出了卓越的技术亮点与广泛的应用前景。纳芯微的低压通用型高性能处理器NSUC1700专为汽车空调压缩机及PTC控制器打造，将电机控制所有必要外设集成其中，精准适配电机控制与PTC控制应用场景，为相关系统提供高效稳定的支持。　　纳芯微的全集成嵌入式电机驱动SoC更是技术创新的典范。它集LIN收发器、40 V耐压LDO、M3处理器内核、预驱和功率MOSFET器件于一身，是国内唯一晶圆结温支持175℃的全车规电机控制SoC。在热管理系统中，它能精准控制电子水阀的三通阀、四通阀及多通阀的BLDC电机，也能驾驭电子膨胀阀的步进电机。　　纳芯微不仅提供芯片，还提供交钥匙解决方案，包含电机控制代码及例程，可实现无感FOC的BLDC电机控制，尤其适用于小功率20瓦以内的各种类型电机。针对中功率需求，纳芯微提供另外一颗高集成度的芯片，同样具备175℃晶圆结温支持车规Grade 0等级可靠性认证。它主要应用于集成式管理的大功率水阀(堵转电流要求3安培以上)，也适用于汽车电子水泵、冷却风扇、鼓风机、油泵等各类场景。目前，该产品已有车型定点，拥有成熟应用案例与完整电机控制解决方案。　　未来展望与技术演进探讨　　随着新能源汽车产业的蓬勃发展，热管理作为保障车辆性能、续航与安全的关键环节，其未来展望与技术演进备受瞩目。作为芯片设计方，纳芯微密切关注着整个系统的集成发展趋势。　　高峰认为，集成化无疑已成为提升系统效率的核心方向，也是汽车零部件供应商构筑核心壁垒的关键所在。　　从物理层面来看，集成化发展将推动硬件布置的持续优化。通过巧妙的设计，可实现空间的有效节约与轻量化目标，进而降低系统成本、提升节能效果，最终增加新能源汽车的续航里程，这无疑将显著增强主机厂产品的市场竞争力。例如，将原本分散的部件进行整合，不仅能减少占用空间，还能减轻车身重量，使车辆在行驶过程中消耗更少的能量。　　在能量层面，集成模块的连接将水路侧、冷媒侧及整个系统深度融合，实现统筹的热量管理。这将有助于余热回收与热源再利用，大幅提升能源利用效率。想象一下，车辆在行驶过程中产生的废热能够被有效收集并重新利用，为车辆的其他部件提供能量，这将极大地提高新能源汽车的能源利用水平。　　对于零部件厂商而言，集成化发展既是机遇也是挑战，能否在这一过程中脱颖而出，成为长期成长的关键。首先，热管理系统的庞杂性要求企业掌握多种零部件的工艺与 Know-how，以横向拓展多品类产品盈利，提升零部件附加值。其次，系统性的设计与仿真实验至关重要，各零部件间的相互依赖与制约关系构成了复杂的系统耦合性工程，这正是零部件厂商发挥优势的舞台。最后，集成化热管理系统与车身的紧密关联，使零部件厂商有机会与主机厂深度绑定，参与整车系统设计探讨，形成不可替代的零部件定位。　　这一过程对芯片集成化提出了更高需求与挑战。芯片集成化的进一步提升，要求我们在芯片层面实现产品差异化，与汽车零部件供应商形成深度绑定能力。芯片厂商需要更早地参与到协同开发中，深入了解系统需求，为新能源汽车热管理提供更高效、更可靠的芯片解决方案，共同推动新能源汽车产业的持续发展。
2025-06-25 10:35 阅读量：324
纳芯微高压半桥驱动NSD2622N：为E-mode GaN量身打造高可靠性、高集成度方案
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纳芯微高压半桥驱动NSD2622N：为E-mode GaN量身打造高可靠性、高集成度方案

　　纳芯微发布专为增强型GaN设计的高压半桥驱动芯片NSD2622N，该芯片集成正负压稳压电路，支持自举供电，具备高dv/dt抗扰能力和强驱动能力，可以显著简化GaN驱动电路设计，提升系统可靠性并降低系统成本。　　　应用背景　　近年来，氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)凭借高开关频率、低开关损耗的显著优势，能够大幅提升电源系统的功率密度，明显优化能效表现，降低整体系统成本，在人工智能(AI)数据中心电源、微型逆变器、车载充电机(OBC)等高压大功率领域得到日益广泛的应用。　　然而，GaN器件在实际应用中仍面临诸多挑战。以增强型氮化镓(E-mode GaN)器件为例，由于导通阈值较低，在高压大功率场景，特别是硬开关工作模式下，如果驱动电路设计不当，高频、高速开关过程中极易因串扰而导致误导通现象。与此同时，适配的驱动电路设计也比较复杂，这无疑提高了GaN器件的应用门槛。　　为了加速GaN应用普及，国内外头部GaN厂家近年来推出了一些集成驱动IC的GaN功率芯片，特别是MOSFET-LIKE类型的GaN功率芯片，其封装形式可与Si MOSFET兼容，在一定程度上降低了GaN驱动电路的设计难度。但集成驱动的GaN芯片仍存在很多局限性：一方面难以满足一些客户对于差异化产品设计的需求;另一方面，在多管并联、双向开关等应用场景中并不适用，所以在诸多应用场景中仍需要分立GaN器件及相应的驱动电路。对此，纳芯微针对E-mode GaN开发专用驱动芯片NSD2622N，致力于为高压大功率场景下的GaN应用，提供高性能、高可靠性且具备成本竞争力的驱动解决方案。　　产品特性　　NSD2622N是一款专为E-mode GaN设计的高压半桥驱动芯片，该芯片内部集成了电压调节电路，可以生成5V~6.5V可配置的稳定正压，从而实现对GaN器件的可靠驱动;内部还集成了电荷泵电路，可以生成-2.5V的固定负压用于GaN可靠关断。该芯片由于将正负电源稳压电路集成到内部，因此可以支持高边输出采用自举供电方式。　　NSD2622N采用纳芯微成熟可靠的电容隔离技术，高边驱动可以支持-700V到+700V耐压，最低可承受200V/ns的SW电压变化速率，同时高低边输出具有低传输延时和较小的传输延时匹配特性，完全满足GaN高频、高速开关的需求。此外，NSD2622N高低边输出均能提供2A/-4A峰值驱动电流，足以应对各类GaN应用对驱动速度的要求，并且可用于GaN并联使用场景。NSD2622N内部还集成一颗5V固定输出的LDO，可以为数字隔离器等电路供电，以用于需要隔离的应用场景。　　NSD2622N详细参数：　　SW耐压范围：-700V~700V　　SW dv/dt抑制能力大于200V/ns　　支持5V~15V宽范围供电　　5V~6.5V可调输出正压　　-2.5V内置输出负压　　2A/4A峰值驱动电流　　典型值10ns最小输入脉宽　　典型值38ns输入输出传输延时　　典型值5ns脉宽畸变　　典型值6.5ns上升时间(1nF 负载)　　典型值6.5ns下降时间(1nF 负载)　　典型值20ns内置死区　　高边输出支持自举供电　　内置LDO固定5V输出用于数字隔离器供电　　具备欠压保护、过温保护　　工作环境温度范围：-40℃~125℃NSD2622N功能框图　　告别误导通风险，提供更稳定的驱动电压　　相较于普通的Si MOSFET驱动方案，E-mode GaN驱动电路设计的最大痛点是需要提供适当幅值且稳定可靠的正负压偏置。这是因为E-mode GaN驱动导通电压一般在5V~6V，而导通阈值相对较低仅1V左右，在高温下甚至更低，往往需要负压关断以避免误导通。为了给E-mode GaN提供合适的正负压偏置，一般有阻容分压和直驱两种驱动方案：　　1.阻容分压驱动方案　　这种驱动方案可以采用普通的Si MOSFET驱动芯片，如图所示，当驱动开通时，图中Cc与Ra并联后和Rb串联，将驱动供电电压(如10V)进行分压后，为GaN栅极提供6V驱动导通电压，Dz1起到钳位正压的作用;当驱动关断时，Cc电容放电为GaN栅极提供关断负压，Dz2起到钳位负压的作用。阻容分压驱动方案　　以上阻容分压电路尽管对驱动芯片要求不高，但由于驱动回路元器件数量较多，容易引入额外寄生电感，会影响GaN在高频下的开关性能。此外，由于阻容分压电路的关断负压来自于电容Cc放电，关断负压并不可靠。　　如以下半桥demo板实测波形所示，在启机阶段(图中T1)由于电容Cc还没有充电，负压无法建立，所以此时是零压关断;在驱动芯片发波后的负压关断期间(图中T2)，负压幅值随电容放电波动;在长时间关断时(图中T3)，电容负压无法维持，逐渐放电到零伏。因此，阻容分压电路往往用于对可靠性要求相对较低的中小功率电源应用，对于大功率电源系统并不适用。E-mdoe GaN采用阻容分压驱动电路波形(CH2为驱动供电，CH3为GaN栅源电压)　　2.直驱式驱动方案　　直驱式驱动方案首先需要选取合适欠压点的驱动芯片，如NSI6602VD，专为驱动E-mode GaN设计了4V UVLO阈值，再配合外部正负电源稳压电路，就可以直接驱动E-mode GaN。　　这种直驱式驱动电路在辅助电源正常工作时，各种工况下都可以为GaN提供可靠的关断负压，因此被广泛使用在各类高压大功率GaN应用场景。　　纳芯微开发的新一代GaN驱动NSD2622N则直接将正负稳压电源集成在芯片内部，如以下半桥demo板实测波形所示，NSD2622N关断负压的幅值、维持时间不受工况影响，在启机阶段(图中T1)驱动发波前负压即建立起来;在GaN关断期间(图中T2)，负压幅值稳定;在驱动芯片长时间不发波时(图中T3)，负压仍然稳定可靠。E-mode GaN采用NSD2622N驱动电路波形(CH2为低边GaN Vds，CH3为低边GaN Vgs)　　简化电路设计，降低系统成本　　NSD2622N不仅可以通过直驱方式稳定、可靠驱动GaN，最为重要的是，NSD2622N通过内部集成正负稳压电源，显著减少了外围电路元器件数量，并且采用自举供电方式，极大简化了驱动芯片的供电电路设计并降低系统成本。　　以3kW PSU为例，假设两相交错TTP PFC和全桥LLC均采用GaN器件，对两种直驱电路方案的复杂度进行对比：　　如果采用NSI6602VD驱动方案，需要配合相应的隔离电源电路与正负电源稳压电路，意味着每一路半桥的高边驱动都需要一路独立的隔离供电，所以隔离辅助电源的设计较为复杂。鉴于GaN驱动对供电质量要求较高，且PFC和LLC的主功率回路通常分别放置在独立板卡上，因此，往往需要采用两级辅助电源架构，第一级使用宽输入电压范围的器件如flyback生成稳压轨，第二级可以采用开环全桥拓扑提供隔离电源，并进一步稳压生成NSI6602VD所需的正负供电电源，以下为典型供电架构：NSI6602VD驱动方案典型供电架构　　如果采用NSD2622N驱动方案，则可以直接通过自举供电的方式来简化辅助电源设计，以下为典型供电架构：NSD2622N驱动方案典型供电架构　　将以上两种GaN直驱方案的驱动及供电电路BOM进行对比并汇总在下表，可以看到NSD2622N由于可以采用自举供电，和NSI6602VD的隔离供电方案相比极大减少了整体元器件数量，并降低系统成本;即使采用隔离供电方式，NSD2622N由于内部集成正负稳压电源，相比NSI6602VD外围电路更简化，因此整体元器件数量也更少，系统成本更低。GaN直驱方案的驱动及供电电路BOM对比　　适配多种类型GaN，驱动电压灵活调节　　纳芯微开发的E-mode GaN驱动芯片NSD2622N，不仅性能强大，还能够适配不同品牌、不同类型(例如电压型和电流型)以及不同耐压等级的GaN器件。举例来说，NSD2622N的输出电压通过反馈电阻可以设定5V~6.5V的驱动电压。这样一来，在搭配不同品牌的GaN时，仅仅通过调节反馈电阻就可以根据GaN特性设定最合适的驱动电压，使不同品牌的GaN都能工作在最优效率点。　　除此之外，NSD2622N具备最低200V/ns的SW节点dv/dt抑制能力，提升了GaN开关速度上限;采用更为紧凑的QFN封装以及提供独立的开通、关断输出引脚，从而进一步减小驱动回路并降低寄生电感;提供过温保护功能，使GaN应用更安全。　　纳芯微还可提供单通道GaN驱动芯片NSD2012N，采用3mm*3mm QFN封装，并增加了负压调节功能，从而满足更多个性化应用需求。
2025-05-30 09:52 阅读量：483
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