ZHCUBT0 February   2024

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
    3. 2.3 主要米6体育平台手机版_好二三四
      1. 2.3.1 LMG2100
      2. 2.3.2 INA241A
      3. 2.3.3 LMR38010
  9. 3系统设计原理
    1. 3.1 三相 GaN 逆变器功率级
      1. 3.1.1 ‌LMG2100 GaN 半桥功率级
    2. 3.2 使用 INA241A 的内嵌式分流器精密相电流检测
    3. 3.3 相电压和直流输入电压检测
    4. 3.4 功率级 PCB 温度监测
    5. 3.5 电源管理
      1. 3.5.1 48V 至 5V 直流/直流转换器
      2. 3.5.2 5V 至 3.3V 电源轨
    6. 3.6 用于连接主机 MCU 的接口
  10. 4硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 硬件要求
      1. 4.1.1 TIDA-010936 PCB 概览
      2. 4.1.2 TIDA-010936 跳线设置
      3. 4.1.3 用于连接 C2000™ MCU LaunchPad™ 开发套件的接口
    2. 4.2 软件要求
    3. 4.3 测试设置
    4. 4.4 测试结果
      1. 4.4.1 电源管理和系统上电和断电
    5. 4.5 GaN 逆变器半桥模块开关节点电压
      1. 4.5.1 直流总线电压为 48V 时的开关节点电压瞬态响应
        1. 4.5.1.1 输出电流为 ±1A
        2. 4.5.1.2 输出电流为 ±10A
      2. 4.5.2 PWM 频率对直流总线电压纹波的影响
      3. 4.5.3 效率测量
      4. 4.5.4 热分析
      5. 4.5.5 无负载损耗测试(COSS 损耗)
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件 [必填主题]
      1. 5.1.1 原理图
      2. 5.1.2 BOM
      3. 5.1.3 PCB 布局建议
        1. 5.1.3.1 布局图
      4. 5.1.4 ‌Altium 工程
      5. 5.1.5 光绘文件
      6. 5.1.6 装配图
    2. 5.2 工具与软件
    3. 5.3 文档支持
    4. 5.4 支持资源
    5. 5.5 商标
  12. 6作者简介
  13. 7致谢

PWM 频率对直流总线电压纹波的影响

总线电容器的一个主要功能是使总线电压变得平滑,并在开关时刻提供瞬态电流,从而使总线电压的纹波足够小。

当 PWM 开关频率增加时,对总线电容的要求会降低。由于 FET 的开关时间变短,电容器所需的电荷量变小,因此使用更高的 PWM 开关频率可以降低所需的总线电容值。

通常使用电解电容器作为总线电容器。电解电容器可以提供足够的电容,但也存在体积大、寿命短、高频特性差等缺点。相比之下,陶瓷电容器更稳定且尺寸更小,但陶瓷电容器可提供的电容有限。以下测试尝试通过增大 PWM 频率来用陶瓷电容器代替电解电容器。

通过在不同频率下测试电解电容器和陶瓷电容器的总线纹波,确定是否可以使用较小的陶瓷电容器。该测试使用了 60μF 和 100μF 陶瓷电容器(PN:‌C3225X7R2A106K250AC × 6 或 10)和 100μF 电解电容器(PN:ECA2AM101)。


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图 4-18 48VDC、8kHz–80kHz PWM、PH_I = 5ARMS 时的直流链路电压交流纹波

图 4-18 所示,随着频率增加,总线上的纹波逐渐降低,因此可以使用电容较小的电容器。但陶瓷电容器在低频 (< 80kHz) 下的电压纹波要大得多。该 10μF 陶瓷电容器‌在 50V 电压下的实际电容仅为 2.2μF,因此图 4-18 中对应于 60μF 和 100μF 陶瓷电容器的实际有效电容为 13.2μF 和 22μF。所以,其纹波大于 100μF 电解电容器的纹波。

当 PWM 频率增加到 80kHz 时,100μF 陶瓷电容器和电解电容器的电压纹波是类似的。因此,GaN 的超低开关损耗可用于将 PWM 频率提高到 80kHz。同时,为了减小尺寸,可以将电解电容器替换为容量相同的陶瓷电容器。


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图 4-19 陶瓷电容器电容与电压间的关系曲线