额定值高于 1 kW 的电机驱动应用使用 GaN 逆变器 IC

GaN 技术的三个重要的参数是更高的带隙、临界场和电子迁移率。当这些参数结合起来时，由于 GaN 晶体的临界场高 10 倍，因此与硅 MOSFET 相比，电端子之间的距离可以近 10 倍。这导致了 GaN 和硅之间的明显区别：中压 GaN 器件可以基于平面技术构建，而这对于硅器件来说成本高昂。为了具有竞争力，硅器件采用垂直技术制造，这使得在同一芯片中实际上不可能有两个功率器件。EPC 的 GaN-on-Si 平面技术没有必须垂直构建的限制，

从分立横向 eGaN FET 器件开始，EPC 迅速转向更高集成度。2019 年，ePower Stage IC 系列产品重新定义了功率转换，将所有必需的电源片上系统功能集成到单个 GaN-on-Si IC 中，并以更高的电压和更高的频率水平（超出了硅的范围）。近，即 2021 年，EPC23101 与 EPC2302 功率级芯片组组合被推向市场（图 2）。EPC23101 是一款额定电压为 100V 的单片组件，集成了输入逻辑接口、电平转换、自举充电和栅极驱动缓冲电路，以及高侧 2.6mΩ 典型 R DS(on) GaN 输出FET。EPC23101 IC 仅需要一个外部 5V (V DRV） 电源。内部低侧和高侧电源V DD和V BOOT是通过串联开关和同步自举开关从外部电源生成的。通过将 EN 引脚连接到 V DRV可以禁用内部电路以降低静态功耗。

图 3：EPC9173 BLDC 逆变器功能框图

图 2：EPC23101 与 EPC2302 GaN IC 芯片组组合框图

带有 EPC23101 的 EPC9173 电机驱动参考设计

为了展示 EPC23101 IC 在电机驱动 GaN 逆变器中的功能，EPC 发布了 EPC9173 参考设计。在该板上，三相 GaN 逆变器的每个半桥由两个 EPC23101 IC 组成，其 PWM 信号交叉连接，允许插入源分流器来读取电流，如图 3 和部分原理图所示。通过对低侧开关使用相同的 IC，可以实现平衡半桥 GaN 逆变器，并且两个开关都可以相对于电源地浮动。这使得源分流器的插入更加容易，避免输入 PWM 信号节点上的接地弹跳。EPC9173 板包含一个过流检测电路，可用作过流或限流功能，具体取决于所需的算法和调制。

GaN逆变器IC的应用

PWM 频率增加和死区时间减少GaN IC 和 FET 在电机驱动应用中带来了多种优势。容易理解的优点是逆变器尺寸的减小，这是由于 GaN FET 和 IC 的固有尺寸比等效 MOSFET 更小。然而，为了充分利用新技术，以更高的 PWM 频率运行电机，从而减少死区时间。