Texas Instruments’ LMG5200 GaN Power Stage
——逆向分析报告
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德州仪器（TI）第一款80V氮化镓（GaN）半桥功率级，具有创新的封装！
自从2012年起，氮化镓（GaN）市场已经蓬勃发展，新的厂商不断出现。但是，由于技术还在不断改进，所以还没有形成标准。我们看到市场上有许多不同的解决方案共存。
相较于过去所使用的硅晶体管，氮化镓（GaN）能够让新的电源应用在同等电压条件下，以更高的切换频率运作。这代表在相同条件下，GaN能够较以硅为基础的解决方案实现更高的效率。
氮化镓（GaN）将在功率密集的应用中大展身手，它能够在保持或提升效率的同时，使电源装置变得更小巧。目前，GaN被应用于电子电源供应设计，将电力在交流和直流的形式间进行转换、改变电压电平并执行多种功能，以确保干净电力的可用性。对某些特定的产品来说，效能为最重要的考虑，然而还需视不同的应用而定。
据麦姆斯咨询报道，德州仪器（TI）的LMG5200让工程师能够轻松地将GaN技术设计至电源解决方案中，进而超越传统上功率密度限制。基于数十年的电源测试专业经验，德州仪器针对GaN进行了数百万小时的加速测试，并建立了能够实现基于GaN电源设计的生态系统。
LMG5200特性：
- 集成15mΩ GaN FET和驱动器
- 80V连续电压，100V脉冲电压额定值
- 封装经过优化，可实现简单的PCB布局，无需考虑底层填料、爬电和余隙要求
- 超低共源电感可确保实现高压摆率开关，同时在硬开关拓扑中不会造成过度振铃
- 非常适合隔离式和非隔离式应用
- 栅极驱动器支持高达10MHz的开关频率
- 内部自举电源电压钳位可防止GaN FET过驱
- 电源轨欠压锁定保护
- 优异的传播延迟（典型值为29.5ns）和匹配（典型值为2ns）
- 低功耗
LMG5200器件集成了80V、10A驱动器和氮化镓（GaN）半桥功率级，采用增强模式氮化镓（GaN）FET提供了一套集成功率级解决方案。该器件包含两个80V GaN FET，它们由采用半桥配置的同一高频GaN FET驱动器提供驱动，封装形式为四方扁平无引线（QFN）封装。
LMG5200器件物理分析
LMG5200器件设计分析（样刊模糊化）
GaN FET在功率转换方面的优势显著，因为其反向恢复电荷几乎为零，输入电容CISS也非常小。所有器件均安装在一个完全无键合线的封装平台上，尽可能减少了封装寄生元件数。LMG5200 器件采用 6mm x 8mm x 2mm无铅封装，可轻松贴装在PCB上。
LMG5200器件封装拆解分析
LMG5200器件的输入与TTL逻辑兼容，无论VCC电压如何，都能够承受高达12V的输入电压。专有的自举电压钳位技术确保了增强模式GaN FET的栅极电压处于安全的工作范围内。
LMG5200器件配有用户友好型接口且更为出色，进一步提升了分立式GaN FET的优势。对于具有高频、高效操作及小尺寸要求的应用而言，该器件堪称理想的解决方案。与TPS53632G控制器搭配使用时，LMG5200能够直接将48V电压转换为负载点电压（0.5-1.5V）。
芯片分析
本报告对德州仪器LMG5200器件进行详细的逆向分析，包括器件设计、封装技术、制造工艺、成本和价格预估等。这是我们第一发现带有驱动器的半桥氮化镓场效应晶体管（GaN FET）设计，并采用先进的多芯片封装技术（PCB带有嵌入式通孔和倒装芯片）。
工艺流程分析（部分示例）
此外，本报告还将德州仪器LMG5200器件与GaN Systems、Transphorm和松下（Panasonic）的产品进行对比分析，包括封装和外延，以突出设计和制造工艺的差异，以及它们对器件尺寸和生产成本的影响。
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