這篇文章，我們將深入探討這種解決方案所提供的好處、其性能以及在60W適配器電子驗證板上獲得的實驗結果。

　　集成電流傳感器與外部電流傳感電阻的比較

　　在電力電子應用中，例如反激式變換器或功率因數校正(PFC)，通常需要檢測開關電流，以實現峰值/谷值電流模式控制或過流保護。如表1所示，有多種方法可用于執行此任務。

　　電流傳感通常使用與主FET串聯連接的外部分流電阻或電流變壓器。這種新穎的方法則采用集成的電流傳感電阻，無需外部電源。

　　通過將電流傳感集成到GaN開關中，可以最小化由感應電阻引起的損耗，從而提高效率并增加熱散發。此外，該解決方案優化了柵極回路拓撲，能夠直接將源極與接地網絡連接，從而使GaN FET的柵源電壓(Vgs)更加清晰。

　　來自CS的電流輸出(Ics)是主FET電流(Ids)的一部分。設置電阻(Rset)位于CS和SS之間，將電流(Ics)轉換為電壓(Vcs)。可以后續添加RC濾波器，作為可選措施，以消除振鈴和開關噪聲。所需的精度水平在4.0 A電流下，溫度范圍為0°C至105°C時，精度范圍為-3.5%到3.5%。這個精度水平足以滿足多種控制器的要求，包括QR反激、AHB和PFC。

　　集成電流傳感的好處

　　集成電流傳感解決方案的主要好處包括：

　　提高效率：通過最小化感應電阻的損耗和消除熱熱點，從而實現更高的效率。要獲得與傳統離散GaN系統相媲美的效率，可以使用集成GaN，并選擇更大的RDS(on)，因此可以獲得成本效益。

　　使用凱爾文源：可以驅動更清晰的驅動回路和接地。在離散方法中，由于存在共源電感和RSENSE在電流通過時引入的波動電壓，無法使用凱爾文源。

　　不需要額外的電源：這使得解決方案更加緊湊和用戶友好。

　　從傳統配置簡單遷移：通過使用0-Ω電阻，可以修改相同的PCB布局，使其與新IC組件及傳統的離散GaN + RSENSE兼容。

　　容易并聯。

　　新IC組件中輔助電路的引入：使ESD從200 V提高到2 kV。通常，GaN FET的ESD等級較低，除非采用GaN工藝的ESD電路，而這與硅的ESD電路相比，發展較少。

　　實驗結果

　　該提議的解決方案可在5 × 6毫米的PDFN封裝中使用，經過400 V 6 A雙脈沖測試(DPT)驗證，從而評估主FET的開關特性及其準確快速的電流傳感性能。采用的DPT測試配置的示意圖如圖2所示。

　　圖3展示了在400V 6A硬開關開和硬開關關時FET的開關行為。使用圖2所示的DPT測試設備評估CS性能。當Vds振鈴小于其穩態值的20%時，Vgs和Vcs均表現出清晰波形。當FET啟用時，iL和歸一化的Ics良好對應。在沒有FET的情況下，Vcs = 0 V且Ics = 0 A。

　　Vcs通過數學函數縮放為Ids，結果表明在所有電流水平下與Ids的良好對齊。測得的電流傳感響應時間約為200 ns，等于或小于常見控制器的消隱時間。

　　當FET關斷時，排流電流(Ids)和收集電流(Ics，經過縮放)均降至零。通常在樁極PFC和降壓變換器中觀察到CCM過程。

　　60W GaN適配器

　　新設備還經過商業60W高密度適配器的測試。通過簡單調整離散FET + RSENSE結構，消除了RSENSE元件。相反，該單元的CS引腳連接到控制器的CS引腳。這使得控制器能夠接收主FET電流的信息，用于峰值電流調節和過流保護。

　　在90 VAC、20 VOUT、3 A的連續運行兩小時后，GaN設備的溫度達到了92°C，安全低于約125°C的操作極限，因此無需強制冷卻。

　　采用電流傳感解決方案的GaN與傳統的離散GaN FET + RSENSE方法相比，效率提升了0.4%。同樣，具有約350 mΩ的RDS(on)和電流傳感能力的較便宜GaN FET，可以達到與傳統設置(150 mΩ RDS(on)和感應電阻RSENSE)相當的效率和熱性能。

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