ZHCUBJ7 November   2023

 

  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 主要产品
      1. 2.2.1 LMG3422R030
      2. 2.2.2 ISO7741
      3. 2.2.3 AMC1306M05
      4. 2.2.4 AMC1035
      5. 2.2.5 TPSM560R6H
      6. 2.2.6 TPSM82903
  9. 3系统设计原理
    1. 3.1 电源开关
      1. 3.1.1 GaN-FET 选择标准
      2. 3.1.2 HVBUS 去耦和 12V 自举电源
      3. 3.1.3 GaN_FET 导通压摆率配置
      4. 3.1.4 PWM 输入滤波器和死区时间计算
      5. 3.1.5 信号电平转换
      6. 3.1.6 LMG3422R030 故障报告
      7. 3.1.7 LMG3422R030 温度监控
    2. 3.2 相电流检测
      1. 3.2.1 分流器
      2. 3.2.2 AMC1306M05 模拟输入滤波器
      3. 3.2.3 AMC1306M05 数字接口
      4. 3.2.4 AMC1306M05 电源
    3. 3.3 DC-Link (HV_BUS) 电压检测
    4. 3.4 相电压检测
    5. 3.5 控制电源
    6. 3.6 MCU 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 PCB
      2. 4.1.2 MCU 接口
    2. 4.2 软件要求
    3. 4.3 测试设置
      1. 4.3.1 注意事项
      2. 4.3.2 测试程序
    4. 4.4 测试结果
      1. 4.4.1 24V 输入控制电源
      2. 4.4.2 相电压开关节点的传播延迟 PWM
      3. 4.4.3 320VDC 总线电压时的开关节点瞬态
      4. 4.4.4 320VDC 和 16kHz PWM 时的相电压线性度和失真
      5. 4.4.5 逆变器效率和热特性
        1. 4.4.5.1 效率测量
        2. 4.4.5.2 在无散热器的情况下，320VDC 和 16kHz PWM 时的散热分析和 SOA
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件
      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 Gerber 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

4.4.5.1 效率测量

效率测试是在 27°C 实验室温度下使用 Tektronix PA4000 功率分析仪完成的。如图 4-4 所示，不带散热器的 TIDA-010255 PCB 水平放置在工作台上，并仅采用自然对流散热。F28379D MCU 软件配置为以 1Hz 频率创建可配置振幅的三相交流电压。PWM 载波频率设定为 16kHz 或 8kHz。

以下几个图显示了当 PCB 和 GaN-FET 达到其稳定状态温度时（通常在大约 5 分钟后），不使用散热器时的 TIDA-010255 PCB 功率损耗与稳定状态下的 ARMS 三相电机负载电流之间的关系。功率损耗主要由 GaN-FET 的开关和传导功率损耗决定，而相电流分流功率损耗可以忽略不计。

GUID-20231101-SS0I-HJJC-GWFQ-RZ4RL223WGRJ-low.svg图 4-19 TIDA-010025 320VDC、8kHz 和 16kHz PWM 下的功率损耗与输出电流间的关系

当输出电流为 7.7ARMS 时，16kHz PWM 下的 TIDA-010255 电路板功率损耗为 16.09W，而在 8kHz PWM 下则为 11.2W。

在 320VDC、最大相间电压为 130VRMS（具有三次谐波的空间矢量 PWM）且功率因数为 0.9 时，理论最大峰值效率在 16kHz PWM 下为 99.4%，而在 8kHz PWM 下则为 99.6%。

GUID-20231101-SS0I-2SCS-L99L-H1DB6BRMHVS9-low.svg图 4-20 320VDC、8kHz 和 16kHz PWM 时计算出的最大峰值效率

为了查看有效寄生电容损耗，TIDA-010255 PCB 功率损耗是在零负载电流、50% PWM 占空比和 8kHz 至 64kHz 的 PWM 开关频率下测量的，如图 4-21 所示。在第一个测试中，逆变器输出保持未连接状态。64kHz PWM 下的损耗为 21.7W。总损耗的计算公式为 方程式 5，其中 COSS_HB 是每个半桥约 1.1nF 的有效寄生电容，即六个电源开关每一个约 550pF，包括 TIDA-010255 PCB 寄生电容。假设 PCB 寄生电容为 50pF，则 LMG3422R030 在 0V 至 320V 范围内与时间相关的有效输出电容 CO(tr) 估算值约为 500pF，比 0V 至 400V 范围内的 430pF CO(tr) 高 15% 左右。

在第二个测试中，我们使用 1m 电缆连接了一个交流感应电机，用于探索对整体零负载电流损耗的影响。同样，PWM 占空比设置为 50%，因此未驱动电机电流。64kHz 时的损耗增加到 22.7W。计算得出，交流感应电机 1m 电缆的额外寄生负载电容每相约 50pF。

方程式 5. COSSHB=13×PNOLOADVDC2×fPWM
GUID-20231101-SS0I-9ZWK-5FL5-62VKKPCX8ZNT-low.svg图 4-21 空载时 TIDA-010025 在 320VDC（无散热器）下的功率损耗与 PWM 频率间的关系