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 主要产品
      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

4.5.3 效率测量

效率测试是在 27°C 实验室温度下使用 HIOKI PW6001 电源分析仪和 HIOKI CT6872 电流互感器完成的。TIDA-010936 由 48V 直流电源供电，并使用大功率伺服电机作为负载（72V、21A）。一个测力计在电机内提供高负载。PWM 载波频率设置在 40Hz 至 80kHz 之间。电机转速为 600RPM。图 4-20 所示为测试设置和布线方框图的图片。

在所有这些测试中，均未使用散热器和风扇，因此仅运用 TIDA-010936 PCB 的自然对流。


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图 4-20 用于逆变器效率分析的 TIDA-010936 测试设置

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图 4-21 用于逆变器效率分析的 TIDA-010936 布线方框图

图 4-22 显示了 TIDA-010936 功率损耗与三相电机负载电流（以 A‌RMS‌ 为单位）间的关系。这些数字不包括 C2000 MCU LaunchPad 开发套件的功率损耗。


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图 4-22 TIDA-010936 电路板在 48V 输入电压下的损耗与三相输出电流间的关系

TIDA-010936 电路板在最大负载电流为 14.8ARMS 时的功率损耗在 40kHz PWM 下为 9.66W，在 80kHz PWM 下为 10.5W。TIDA-010936 功率损耗主要由 GaN FET (LMG2100) 中的损耗和 1mΩ 分流电阻中的损耗决定。

最大线电压为 19.5VRMS（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 48VDC、40kHz PWM 下为 99.3%，在 48VDC、80kHz PWM 下为 99.2%，如图 4-23 所示。

可以发现，随着 PWM 开关频率增加，电路板的功率损耗不会显著增加。这也反映了 LMG2100R044 GaN-FET 具有极低的开关损耗，即使在更高的 PWM 开关频率下也能实现极高的效率。

GUID-20240220-SS0I-LFVM-VHTR-4JNLVMW7PGJ6-low.svg图 4-23 在 48VDC 以及 40kHz、60kHz 和 80kHz PWM 条件下计算出的最大峰值效率