介紹了氮化鎵（GaN）功率IC在電機(jī)逆變器中的應(yīng)用，對比傳統(tǒng)硅基解決方案，闡述了其優(yōu)勢、實(shí)際應(yīng)用案例、設(shè)計(jì)考量及結(jié)論。

*附件：Driving-Electric-Motors-with-GaN-Power-ICs.pdf

1. 挑戰(zhàn)與變革 ：使用GaN功率IC的電機(jī)逆變器可降低系統(tǒng)成本，如去除散熱器、提高集成度、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配，同時(shí)提升效率、降低能耗、改善產(chǎn)品評級。但傳統(tǒng)硅開關(guān)解決方案在行業(yè)內(nèi)更為人熟知，且部分應(yīng)用對高功率密度需求不高。
2. 電機(jī)逆變器中的關(guān)鍵優(yōu)勢
   • 性能卓越 ：開關(guān)損耗極低，能實(shí)現(xiàn)50kHz以上的高開關(guān)頻率，開關(guān)定時(shí)精準(zhǔn)、延遲和死區(qū)時(shí)間短，耐壓高達(dá)650V DC/800V瞬態(tài)。
   • 集成度高 ：集成柵極驅(qū)動(dòng)器、電壓調(diào)節(jié)器、無損電流檢測和溫度傳感器，減少PCB上的元件數(shù)量，使系統(tǒng)尺寸更小、可靠性更高。
   • 效益顯著 ：相比碳化硅（SiC）和硅（Si），分別降低20%以上和50%以上的損耗，提高2%的效率，降低諧波，減小電機(jī)尺寸和成本，降低EMI濾波器成本，提高動(dòng)態(tài)性能，降低現(xiàn)場故障率。
3. 高功率電機(jī)逆變器實(shí)例 ：以使用GaNSafe技術(shù)的高功率電機(jī)逆變器為例，其供電電壓400V DC，輸入電流16A RMS，電機(jī)功率4kW+（取決于散熱器和環(huán)境溫度），開關(guān)頻率100kHz+，具備多種保護(hù)功能和先進(jìn)特性。
4. GaNFast半橋IC特點(diǎn) ：完全集成半橋電路，集成電平轉(zhuǎn)換器和自舉電路，開關(guān)頻率達(dá)2MHz，有2kV ESD保護(hù)；采用GaNSense技術(shù)，具備多種保護(hù)功能和低功耗待機(jī)模式；封裝尺寸小、高度低，符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，相比硅解決方案節(jié)能達(dá)40%，產(chǎn)品提供20年有限保修。
5. 設(shè)計(jì)考量
   • 散熱設(shè)計(jì) ：散熱器存儲(chǔ)大量瞬態(tài)能量，PCB布局散熱雖無此問題，但可能出現(xiàn)更高峰值溫度?？赏ㄟ^選擇合適散熱器、降低發(fā)熱、快速過流保護(hù)和實(shí)施熱節(jié)流來解決。
   • 電流檢測與過流保護(hù) ：傳統(tǒng)方案信號延遲長，而使用GaNSense的CS信號可在100ns內(nèi)可靠關(guān)斷功率開關(guān)。
   • EMI ：NV GaNSense提供可調(diào)dV/dt，能有效改善輻射發(fā)射頻譜，如NV6245C和NV6245M在相同工況下輻射發(fā)射頻譜改善超10dBμV/m。
6. 結(jié)論 ：使用GaN功率IC的電機(jī)逆變器可大幅節(jié)省系統(tǒng)成本，增強(qiáng)魯棒性，實(shí)現(xiàn)高性能可靠運(yùn)行。但熱設(shè)計(jì)仍需重點(diǎn)關(guān)注，特別是異常工況下。Navitas擁有豐富的GaN功率IC產(chǎn)品組合，可滿足眾多消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用的不同功率需求。