【SIMPLIS模擬】整合式 Driver+GaN 封裝的建模與保護機制_ LMG2656

更新 發佈閱讀 4 分鐘

這幾年「Driver + GaN FET 共封裝」已成為主流趨勢,目的很單純:把 gate loop、power loop 盡量縮短,讓高頻切換變得更可控。LMG2656 就是這類「GaN 半橋 + 驅動整合」的代表之一,而且具備了可分段設定的 Slew Rate,讓你可以在EMI 與效率之間取得平衡。​

這次想特別分享的是 TI 官網提供的 LMG2656  SIMPLIS 行為模擬,雖然 GaN 的某些元件參數可能因為機密考量被拿掉,但他把大部分的控制邏輯與保護機制做得相當完整,非常適合學習如何建立 SIMPLIS 模擬(Behavioral Model)。

1. Slew Rate 的建模與分段設定

Slew Rate 的控制其實是透過改變驅動電流來對 GaN 的寄生電容Crss進行充放電:

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在 GaN 切換特性中,主導 dv/dt 的關鍵參數就是Crss,所以你會看到模擬裡面用「改變等效驅動電流大小」的方式,去對應不同的 slew rate 範圍——這種方式很直觀,也非常適合套用成自己的模擬。而LMG2656 的 slew rate 設定是用 RDRVL(Low side)與 RDRVH(High side)2個Pin的電阻值去設定:​

典型設定與對應 Slew Rate

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2. 完整的 Cycle-by-Cycle OCP 建模

除了切換速度,這份模型也包含 Cycle-by-Cycle OCP (Over Current Protection) 的行為。

3. Gate 驅動的過壓鉗位 (Clamping) 設計

因為 Driver 跟 FET 包在一起,內部可以直接實現 Gate Voltage Regulation 或 Clamping機制,確保 VGS 永遠被限制在安全區(例如 5.5V),防止 GaN 因 Gate 過壓而損壞。

4. Debug :修正 OCP 誤動作與電路區塊整理

在使用原廠提供的原始模擬檔案時,我發現模擬結果有一個 Bug:

  • 原廠模型中因為預留OCP Netname Floating,導致節點被內部邏輯誤判為 High,讓後端的開關 (S2) 誤導通,造成外部 CS Pin (Current Sense)出現一個固定的1A電流,影響電流偵測的準確度。我把此預留電路刪除,確保外部 CS Pin 行為正常:
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  • 同時,我也依照功能劃分出 Input Logic, Slew Rate Control , Power Stage, OCP等區塊:
raw-image

修正版 LMG2656 模擬檔下載:

https://www.asuswebstorage.com/navigate/a/#/s/673E52D34C9348258D7A14FAF3D8FD8BY

 

(原廠原始檔案可參考 TI 官網:

https://www.ti.com/lit/zip/snom812



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李迪加的SIMPLIS模擬教室
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