ZHCUBJ7 November 2023
具有高能效的交流输入三相逆变器可达到符合 IEC 61800-9 标准的能效等级 IES2，不仅有助于减少全球能源足迹，还有助于实现具有更小散热器尺寸的更小外形尺寸和更高功率密度设计。外形尺寸和重量发挥着重要作用，尤其是在工业机器人和工厂自动化应用中使用电机集成式伺服驱动器的情况下，其中电机是 6 轴机器人等机械移动系统的一部分。
电机集成式三相逆变器通常由单相 200V 至 230VAC 输入供电，相当于 320VDC 整流输入。输入功率级别通常低于 3kW。如今，绝大多数 230VAC 输入伺服驱动器都利用基于 IGBT 的电源开关，PWM 开关频率介于 8kHz 至 16kHz 之间。由于绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 的功率损耗，散热器的尺寸可能超过整个三相逆变器尺寸的 30%。
与 IGBT 相比，氮化镓 (GaN) 功率晶体管即使在 8kHz 至 16kHz 的低脉宽调制 (PWM) 开关频率下，也有助于显著降低功率损耗。LMG3422R030 等具有集成驱动器的 GaN-FET 可减少开关和导通损耗，并可在 16kHz PWM 下实现 99.4% 的峰值效率。如本参考设计所示，在 7ARMS 输出相电流条件下，与基于 IGBT 的传统三相逆变器相比，这会将总体功率损耗降低到不到原来的四分之一。
TIDA-010255 参考设计采用六个快速开关 LMG3422R030 600V 30mΩ GaN-FET，实现了高效的热侧 MCU 受控型 320VDC、2kW 三相功率级。LMG3422R030 包括集成驱动器、保护和温度报告功能，有助于提高可靠性，同时降低外部保护和温度监测电路的系统成本。具有集成电感器和自举电源的降压模块可减小电源管理和栅极驱动偏置电源的尺寸。该器件使用 1mΩ 同相分流器与 ±50mV 输入、增强型隔离式调制器 AMC1306M05，实现了高线性度的精确相电流检测。热侧控制使 MCU 接地 (GND) 等于电源 GND (DC–)，因此检测直流链路电压和三相电压不需要隔离。非隔离式 Δ-Σ 调制器 AMC1035 测量直流链路电压。非隔离式模拟相电压反馈选项支持采用具有 12 位集成 ADC 的 C2000 MCU 来实现 InstaSPIN-FOC 等高级无传感器设计。
为了使用工业驱动器评估 TI 的 GaN 技术，该设计可通过 180 引脚 HSEC 连接器提供 3.3V I/O 接口信号，以便与 F28379D controlCARD 等 C2000 MCU controlCARD 配合使用，或通过标准接头连接到 Sitara AM2631 或 AM2431 等其他 MCU。
该设计在室温且不使用散热器的情况下采用 320VDC 直流链路电压、16kHz PWM 和高达 7.7ARMS 的连续三相输出电流进行了测试。要在更高电流下进行测试或在更高的环境温度下进行测试，可以在 PCB 的底部安装一个散热器。PCB 上提供了安装孔。