低電壓、高速驅動器和/或低電感無刷電機需要在 40 kHz 至 100 kHz 范圍內具有更高的逆變器開關頻率，以最大限度地減少電機中的損耗和轉矩紋波。TIDA-00909 參考設計通過使用帶有三個 80V/10A 半橋 GaN 電源模塊的三相逆變器LMG5200并使用基于分流的相電流感應來實現這一點。氮化鎵 （GaN） 晶體管的開關速度比硅 FET 快得多，并且將 GaN FET 和驅動器集成在同一封裝中可降低寄生電感并優化開關性能，從而減少損耗，從而縮小尺寸或消除散熱器。TIDA-00909 提供 TI BoosterPack 兼容接口，可連接到 C2000 MCU LaunchPad? 開發套件，以便輕松進行性能評估。
*附件：TIDA-00909 適用于高速驅動器的 48V-10A 高頻 PWM 三相 GaN 逆變器參考設計.pdf

特征

• 三相 GaN 逆變器具有 12V 至 60V 的寬輸入電壓范圍和 7Arms/10A 峰值輸出電流，經測試高達 100 kHz PWM。
• GaN 功率級大大降低了開關損耗，可實現高 PWM 開關頻率，在 100 kHz PWM 下峰值效率高達 98.5%
• LMG5200 GaN 半橋功率級簡化了 PCB 布局，減少了寄生電感，從而優化了開關性能，上升/下降時間小于 2ns。
• 極低的開關節點電壓過沖和下沖以及極低的 12.5ns 死區可最大限度地減少相電壓振鈴，并減少相電壓失真和 EMI。
• 基于分流器的精密相電流感應，精度高 （0.1%）。
• 具有 3.3V I/O 的 TI BoosterPack 兼容接口，可通過 C2000 MCU LaunchPad? 開發套件輕松進行性能評估。

1. 設計概述

• ?應用?：適用于高速驅動器的高頻PWM三相GaN逆變器參考設計。
• ?目標?：通過高頻切換減少電機損耗和扭矩波動，適用于低電壓、高速驅動器和低電感無刷電機。

2. 系統特性

• ?輸入電壓范圍?：12V至60V DC，標稱48V。
• ?最大三相輸出電流?：每相7A RMS（10A峰值）。
• ?PWM切換頻率?：高達100kHz。
• ?最大效率?：在100kHz PWM下可達98.5%。
• ?關鍵組件?：三個LMG5200 GaN半橋功率模塊，INA240電流感應放大器。

3. 設計亮點

• ?GaN技術?：使用GaN FET，切換速度快，反向恢復為零，顯著降低切換損耗。
• ?集成驅動器?：LMG5200集成了GaN FET和驅動器，減少寄生電感，優化切換性能。
• ?高精度電流感應?：基于分流的相位電流感應，精度高達0.1%。
• ?熱管理?：無需額外散熱片，優化PCB布局實現高效熱管理。

4. 系統架構

• ?三相逆變器拓撲?：采用B6逆變器拓撲，包含三個LMG5200 GaN半橋模塊。
• ?控制接口?：與C2000 MCU LaunchPad開發套件兼容，便于性能評估。
• ?電源管理?：集成48V至5V DC-DC轉換器和3.3V LDO，為系統供電。

5. 關鍵組件

• ?LMG5200?：80V、10A GaN半橋功率模塊，集成驅動器和GaN FET。
• ?INA240?：高精度電流感應放大器，提供增強的PWM抑制功能。
• ?LM5018?：寬輸入電壓范圍（7.5V至100V）的同步降壓調節器。

6. 設計考慮

• ?PCB布局?：優化功率循環路徑，最小化環路電感，確保低EMI。
• ?熱設計?：通過多層PCB和熱通孔實現高效熱傳導。
• ?保護機制?：包括過溫保護和欠壓鎖定保護，確保系統穩定運行。

7. 測試與驗證

• ?效率測試?：在48V輸入、83W輸出功率下，40kHz PWM效率為94.3%，100kHz PWM效率為93.6%。
• ?熱分析?：在無散熱片和風扇的自然對流條件下，評估了系統的熱性能。
• ?系統測試?：使用高速無刷DC電機和低電壓伺服電機進行了系統測試，驗證了設計的有效性和性能。

8. 設計文件與支持

• ?提供文件?：原理圖、BOM、PCB布局文件、Altium項目文件、Gerber文件、裝配圖紙和軟件文件。
• ?相關文檔?：包括LMG5200布局指南、GaN性能優化白皮書等。