使用 Hercules? LaunchPad? 開(kāi)發(fā)套件控制 GaN 功率級(jí) – 第 1 部分

我們將使用氮化鎵 (GaN) 功率級(jí)、Hercules? 微控制器和滾輪調(diào)暗一盞燈。我將介紹硬件和固件。準(zhǔn)備好啟動(dòng)我們的焊接設(shè)備。

我們可以通過(guò)多種方式控制 GaN 功率級(jí)。LMG5200 GaN 半橋功率級(jí)的TI 用戶指南使用無(wú)源元件和分立邏輯門(mén)的組合。在這篇文章中，我將描述如何使用 Hercules 微控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)它。圖 1 顯示了我們將用于驅(qū)動(dòng) LMG5200 的 Hercules 模塊。

圖 1：帶死區(qū)發(fā)生器的 Hercules PWM 模塊

GaN 和 Hercules 功率級(jí)是完美的搭配。兩者都在工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用中發(fā)揮出色。Hercules 脈寬調(diào)制 (PWM) 模塊具有專門(mén)的硬件來(lái)驅(qū)動(dòng)這些信號(hào)。死區(qū)生成器 (DB) 子模塊非常適合生成我們需要的死區(qū)時(shí)間。

設(shè)置

圖 3 顯示了我們將連接在一起的硬件模塊。負(fù)載是一個(gè)經(jīng)典的燈泡。德州儀器 (TI) LMG5200 GaN 評(píng)估套件控制燈的電源。舊鼠標(biāo)的滾輪用作輸入。我們將使用它來(lái)上下吸收 GaN 功率級(jí)的輸出。

圖 3：硬件設(shè)置

Hercules LaunchPad 將組件粘合在一起。當(dāng)我們轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪時(shí)，它會(huì)使燈的亮度變亮或變暗。

設(shè)計(jì)

想出一個(gè)干凈的硬件結(jié)構(gòu)并不難，因?yàn)?/span>我們有清晰的功能塊（圖 4）。有邏輯部分：帶有輸入（滾輪）和輸出（GaN 驅(qū)動(dòng)器）的 Hercules 控制器，以及功率調(diào)節(jié)：帶有輸入（LaunchPad）和輸出（燈）的 GaN 驅(qū)動(dòng)器。

圖 4：硬件模塊

固件也是如此。狀態(tài)機(jī)管理功能，有兩個(gè)模塊：一個(gè)監(jiān)聽(tīng)滾輪的旋轉(zhuǎn)功能和一個(gè)與 LMG5200 對(duì)話的 GaN 模塊。這兩個(gè)模塊都依賴于低級(jí) Hercules 外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序（圖 5）。

圖 5：固件模塊

活動(dòng)

讓我們從輸出端開(kāi)始。第一步是在 LaunchPad 上生成正確的 PWM 信號(hào)來(lái)控制 GaN 驅(qū)動(dòng)器。接下來(lái)，將 GaN 評(píng)估套件連接到 LaunchPad，在此過(guò)程中對(duì) PCB 進(jìn)行一些更改。最后，插入輸入。將鼠標(biāo)滾輪轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的正交編碼器，并將信號(hào)集成到固件中。

以正確的方式驅(qū)動(dòng) LMG5200 GaN 功率級(jí)

LMG5200 GaN 半橋功率級(jí)對(duì)其輸入信號(hào)有特殊要求。我在前一篇文章中深入介紹了這些信號(hào)。關(guān)鍵是創(chuàng)建兩個(gè)反向 PWM 信號(hào)。在特定點(diǎn)也需要暫停。當(dāng)我們的信號(hào)切換邏輯電平時(shí)，我們將不得不在一個(gè)開(kāi)關(guān)的低電平和另一個(gè)開(kāi)關(guān)的高電平之間等待一小段時(shí)間（稱為死區(qū)時(shí)間）。

當(dāng)?shù)托盘?hào)為高時(shí)，高信號(hào)應(yīng)為低，反之亦然。但是我們必須在一個(gè)信號(hào)的下降沿和另一個(gè)信號(hào)的上升沿之間注入一個(gè)小的延遲。兩個(gè)信號(hào)都會(huì)低幾納秒。

圖 6：具有死區(qū)時(shí)間的 LMG5200 輸入信號(hào)

在圖 6 中，死區(qū)時(shí)間是下降沿和上升沿之間的陰影區(qū)域。讓我們將其與圖 7 進(jìn)行比較，圖 7 捕獲了 Hercules 微控制器生成的信號(hào)。

圖 7：Hercules PWM 和死區(qū)時(shí)間的捕獲

圖 7 中的黃色和藍(lán)色跡線是來(lái)自 Hercules ePWM 模塊的低信號(hào)和高信號(hào)。紫色跡線是計(jì)算信號(hào)（黃色和藍(lán)色），代表死區(qū)時(shí)間。

示波器的 SUM 功能在這方面有很大幫助。我們可以使用它來(lái)測(cè)量死區(qū)時(shí)間的寬度（兩個(gè)信號(hào)都為低電平的 0V 下降）。同樣重要的是，如果我們不小心將兩個(gè)信號(hào)同時(shí)驅(qū)動(dòng)為高電平（這種情況會(huì)破壞我們的 GaN 器件），它會(huì)顯示為 10V 峰值。

設(shè)置 PWM 信號(hào)

我們可以使用可視硬件配置器 HALCoGen配置 Hercules 微控制器及其模塊。啟用我們需要的外圍設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化，然后讓 HALCoGen 生成我們的項(xiàng)目。我們將獲得一個(gè)具有完整源代碼的可編譯項(xiàng)目，并且我們只需添加兩行代碼即可獲得可運(yùn)行的設(shè)計(jì)。

首先，啟用 ePWM 驅(qū)動(dòng)程序。這是將生成兩個(gè)信號(hào)的外圍設(shè)備，我們將發(fā)送到 GaN 集成電路 (IC)。

圖 8：?jiǎn)⒂?PWM

接下來(lái)，激活一個(gè)可用的 PWM 模塊并創(chuàng)建 LMG5200 GaN 半橋所需的信號(hào)。

圖 9：激活 PWM 模塊 1

我們可以在單個(gè)屏幕上配置整個(gè)信號(hào)，包括死區(qū)時(shí)間。通過(guò)將復(fù)選框和值設(shè)置為圖 10 中所示的值，我們的 ePWM 模塊將準(zhǔn)備好輸出 GaN 信號(hào)。

圖 10：配置 PWM 信號(hào)和死區(qū)時(shí)間

我在 element14 上寫(xiě)了一篇博文，解釋了每個(gè)設(shè)置，以及這種配置如何為我們提供 LMG5200 的完美信號(hào)。

讓 HALCoGen 為我們生成項(xiàng)目源代碼，并將這些行添加到 main() 函數(shù)：

我們可以使用 Code Composer Studio? 軟件構(gòu)建和執(zhí)行該項(xiàng)目，并且 LaunchPad 已準(zhǔn)備就緒。探測(cè) ePWM 信號(hào)，我們將獲得與圖 7 中的示波器捕獲相似的圖像。占空比為 10%，頻率為 1MHz。

就是這樣。我們已經(jīng)將 LaunchPad 變成了可以直接控制 GaN 驅(qū)動(dòng)器的設(shè)備。在本系列的下一部分中，我將解釋如何連接 GaN 評(píng)估套件。