氮化镓（GaN）无刷直流电机驱动提升效率、减小尺寸和降低成本方面-电子发烧友网

氮化镓（GaN）无刷直流电机驱动提升效率、减小尺寸和降低成本方面

本文围绕氮化镓（GaN）功率IC在无刷直流（BLDC）电机驱动应用中的优势展开研究，通过设计实例和实验数据，论证了其在提升效率、减小尺寸和降低成本方面的显著效果。
*附件：GaN-Power-ICs-Drive-Efficiency-and-Size-Improvements-in-BLDC-Motor-Drive-Applications-paper.pdf
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引言：长期以来，IGBT和硅MOSFET作为电机驱动逆变器的功率开关，存在反向恢复导致的高开关损耗问题，传统硅基驱动器效率约80%且开关频率低。GaN功率开关无反向恢复，开关损耗低，但其驱动方案不同，集成多种电路可发挥其性能优势，目前针对高直流母线电压应用的设计较少。
GaN功率开关选择标准 ：相比IGBT和超级结MOSFET，GaN晶体管开关损耗低，有助于简化热管理、减小散热器尺寸和降低用电成本。选择时不能仅考虑总损耗，还需关注最大电流。集成的GaN功率FET可视为数字功率级，内置过温、过流保护电路和无损电流检测功能，能提升系统可靠性、降低成本。
设计考量 ：以Navitas的NV6247半桥GaN功率IC构建的逆变器为例，其外部元件少，集成多种功能电路。设计时需合理选择高低侧外部电容，布局遵循数据手册建议，优化热阻，该电路板无散热器时热阻约12.5K/W 。
实验结果 ：在特定工况下测试逆变器，300W输出功率时效率接近99%，满载功耗小于3W，可大幅减小散热器尺寸。输出300W负载时，电路板表面温度低于60°C，该设计对异常工况耐受性强。
结论与展望 ：Navitas的GaNSense半桥功率IC实现的电机逆变器功率密度高、损耗低，满载峰值效率超99%，简化了逆变器与电机的集成，降低系统和运营成本，提升系统动态性能。未来研究方向是扩展功率范围至数千瓦，并探索适配不同电机以进一步降低成本。