德州仪器发布99％高效GaN逆变器功率级的参考设计

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德州仪器发布了新的功率级参考设计 - TIDA-00915，官方称其效率可高达99％。该参考设计主要是用于三相高频GaN逆变器。它内置TI的LMG3410 600 V 12-A氮化镓（GaN）电源模块。特别之处是，该设计内建了六个这样的电源模块。

以下是去年发布的LMG3410的一些相关特性：

●     集成70mΩ、600 V GaN晶体管和驱动器

●     单包装

●     高达1 MHz的稳态运行

●     20 ns典型传播延迟

●     从单个不受监管的12 V电源供电

●     用于开关性能和EMI控制的外部可调驱动强度（支持25至100 V / ns）

●     集成的DC-DC转换器用于负驱动电压

●     UVLO保护，过电流保护，过温保护

●     高边缘率容差

变频器设计用于驱动2 kWpeak的200 V交流伺服电机。该参考设计的三个应用用于电机集成驱动器、伺服驱动器和机器人。

它具有高达25 ns的GaN的快速切换能力。

什么是氮化镓（GaN）？

TI的参考设计中值得注意的一件事是它采用氮化镓。 GaN是一种半导体材料，其价值至少在理论上超过硅。

GaN是具有纤锌矿晶体结构的极硬物质。其3.4 eV的宽带隙（与硅的1.12 eV带隙相比）使其具有引发半导体开发人员兴趣的特殊性能。它在高功率和高温应用中的表现很优秀，但是它在电源转换效率和高开关速度方面受到最大的关注。

其应用范围从光电到光伏到航空航天，它也是用于蓝光光盘的紫色激光二极管中使用的基板。 GaN甚至被用作用于纳米技术的纳米管的材料。

在过去十年中，GaN作为晶体管中使用的半导体材料在主要器件制造商中获得了快速发展。除TI之外，其他几家公司，包括Dialog Semiconductor、，恩智浦和安森美半导体也已进入GaN领域。公司也越来越多地提供在硅晶片上生长薄层GaN的eGaN（“增强型”）产品。

领军的人物是EPF（高效电力转换）的Alex Lidow。在今年3月份的IEEE Xplore发表的一篇文章中，Lidow声称GaN已经证明自身具有优越的开关和效率。他表示，GaN可以胜任当今许多最受欢迎的技术发展，包括LiDAR和无线充电。根据Lidow的说法，阻止硅工业发展的最终障碍是对GaN的缺乏信心。

德州仪器认为，与硅FET相比，其GaN功率模块的切换速度提高了5倍。他们还表示，这种优化的开关性能允许更少的功率损耗。

99％的功率效率

报告中该设计在100kHz PWM达到了98％的效率，这是他们似乎推荐的设置，因为它据报道使用低电感电机改善转矩纹波。

当然，最大的消息是它在24 kHz PWM下可以提高99％的效率，减少散热片尺寸（允许板上有更多空间用于新功能）。这非常接近于物理上不可能的100％的效率。实际上，在他们公布参考设计时，他们实际上说“效率超过99％”。

显然，TI测试了这些令人印象深刻的数字，但仍然有兴趣在实际中看到这种设计。

有关详细信息，请查看官方的参考设计：http://www.ti.com/tool/TIDA-00915。