使用GaN 功率 IC 提供高性能、可靠的電機驅(qū)動器第2部分

自主、可靠的電源：GaNFAST 與 GanSENSE

硅和碳化硅中的 IGBT 和 MOSFET 以類似方式驅(qū)動。該器件在 10-20 V 的柵極驅(qū)動下開啟，通常關(guān)閉至 0 V 或負電壓以實現(xiàn)更高的功率水平。分立增強型 GaN 器件通常需要 5-7 V 的柵極驅(qū)動，并且可能還需要負電壓來關(guān)閉它們。如果沒有正確優(yōu)化，性能和可靠性都會受到影響。這是因為，雖然 GaN 是一種先進材料，但分立 GaN FET 確實有一個致命弱點：一個必須小心驅(qū)動的柵極節(jié)點。如果柵極上的電壓過低，則 FET 沒有完全導(dǎo)通，因此導(dǎo)通電阻和損耗都很高。如果電壓太高，可能會損壞柵極。

為了解決這個問題，GaNFast 功率 IC 將 GaN 功率 (FET) 和 GaN 驅(qū)動以及控制和保護集成在一個表面貼裝封裝中。結(jié)果是可靠、易于使用、高速、高性能、“數(shù)字輸入、電源輸出”的構(gòu)建塊。自 2018 年初獲得認證以來，GaNFast IC 已成為行業(yè)領(lǐng)先的快速和超快速移動充電器解決方案，客戶包括三星、戴爾、聯(lián)想和 LG。截至 2022 年 3 月，已出貨超過 4000 萬臺，與 GaN 相關(guān)的現(xiàn)場故障報告為零。

結(jié)果是優(yōu)化和可重復(fù)的逆變器性能，實現(xiàn)了出色的可靠性。電源開關(guān)可以通過簡單的數(shù)字信號進行控制，去除大量外部元件，并提高尺寸和元件數(shù)量，甚至超越硅解決方案。8這對于緊湊型電機驅(qū)動器來說是個好消息，其中 VSD 的尺寸現(xiàn)在可以變得如此之小，以至于它可以很容易地裝入電機外殼中。

2021 年，采用 GaNSense 技術(shù)的新型 GaNFast 功率 IC 引入了系統(tǒng)感應(yīng)功能，例如過熱和過流檢測，以及自主自我保護能力。與分立硅或分立 GaN 方法相比，GaNSense 技術(shù)僅能在 30 ns 內(nèi)“檢測和保護”——比硅或 GaN 分立器件快 6 倍——提高了系統(tǒng)級可靠性。

無損電流檢測可以去除大而昂貴的分流電阻器，進一步減小系統(tǒng)尺寸和成本，同時保持快速過流保護以提高系統(tǒng)穩(wěn)健性。這在用于工廠自動化的工業(yè)電機驅(qū)動中非常重要，并有助于設(shè)計人員在其產(chǎn)品中實施功能安全概念。

過溫保護電路可以對封裝中的電源開關(guān)進行溫度測量，而散熱器上的溫度傳感器的精度要低得多。這對于許多工業(yè)和消費電機驅(qū)動應(yīng)用很重要，在這些應(yīng)用中，冷卻系統(tǒng)可以通過液體流速或冷卻風扇進行調(diào)整。內(nèi)置的過溫保護電路會在溫度過高的情況下關(guān)閉 GaN IC，從而保護系統(tǒng)。

電機逆變器已經(jīng)以多種不同的方式實現(xiàn)，主要使用 IGBT 的低成本和電流處理能力。比較了當今可用的方法(以分立 IGBT 作為基準)：

· 智能電源模塊將一個柵極驅(qū)動器與六個電源開關(guān)組合在一個封裝中，從而節(jié)省系統(tǒng)尺寸和組件數(shù)量，同時減少設(shè)計工作。

· 硅 MOSFET，尤其是超結(jié) MOSFET，已在電機驅(qū)動中得到越來越多的使用，從而提高了輕負載效率。使用 SiC MOSFET 可以在全負載范圍內(nèi)獲得更好的效率，但會縮短短路耐受時間。

· 分立的 GaN FET 有助于進一步降低功耗，但設(shè)計人員需要實現(xiàn)復(fù)雜的柵極驅(qū)動電路。GaN 級聯(lián)組件可以提供標準柵極驅(qū)動，但代價是更高的功率損耗和成本。

· 具有 GaNSense 的 GaNFast IC 可實現(xiàn) GaN FET 的固有效率，而無需處理復(fù)雜的柵極驅(qū)動電路。無損電流感應(yīng)消除了分流電阻器并提高了效率、空間和成本，而集成保護電路可實現(xiàn)穩(wěn)健的逆變器解決方案，只需很少的設(shè)計工作。

集成驅(qū)動性能

并非每個電機驅(qū)動器都是相同的，消費和工業(yè)應(yīng)用的趨勢集中在提高能效、性能、系統(tǒng)成本、總擁有成本以及減小尺寸和重量上。這對世界各地的設(shè)計團隊來說是一個巨大的挑戰(zhàn)，他們面臨著減少設(shè)計時間和上市時間同時改善最終客戶體驗的壓力。下一代電機驅(qū)動系統(tǒng)將利用 GaN FET 性能和先進的傳感技術(shù)，提供必要的穩(wěn)健性和保護，讓您高枕無憂。