電池供電的應(yīng)用程序（例如新一代機(jī)器人，無(wú)人機(jī)和電動(dòng)工具）需要降低空間，并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)以控制電動(dòng)機(jī)。優(yōu)化尺寸和組件會(huì)產(chǎn)生創(chuàng)新的解決方案，這些解決方案在較小的空間中包含更多功能而不會(huì)失去效率和性能。 EPC Epower階段集成電路技術(shù)有助于簡(jiǎn)化和改善高級(jí)電機(jī)控制應(yīng)用中的逆變器設(shè)計(jì)。
　　在用于低壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用應(yīng)用的逆變器中，GAN技術(shù)帶來(lái)了重要的改進(jìn)，例如開(kāi)關(guān)頻率增加，轉(zhuǎn)換器輸入過(guò)濾器中的被動(dòng)組件的減少（電容器和電感器），隨著改善的改進(jìn)，較大的死時(shí)間降低輸出電流波形質(zhì)量以及高功率密度有助于轉(zhuǎn)換器尺寸的總體減小。
　　在全GAN技術(shù)中引入了EPC整體式集成電路（ICS），由開(kāi)關(guān)腿部動(dòng)力階段組成，帶有自舉的半橋閘門(mén)驅(qū)動(dòng)器和幾個(gè)保護(hù)電路，簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，并允許顯著減少量的音量。使用單片集成設(shè)備的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器逆變器可顯著改善創(chuàng)新的應(yīng)用，例如用于人形機(jī)器人的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致更緊湊，更較輕的轉(zhuǎn)換器。此外，由于其出色的效率性能和較低的GAN設(shè)備的開(kāi)關(guān)損耗，以及較高的驅(qū)動(dòng)波形質(zhì)量減少電動(dòng)機(jī)損耗，因此逆變器的效率較低。
　　半導(dǎo)體材料中的臨界場(chǎng)決定了設(shè)備的故障電壓。對(duì)于給定的故障電壓，電場(chǎng)越高，漂移區(qū)域的寬度越短。在GAN晶體管中，臨界場(chǎng)比硅高的數(shù)量級(jí)，并且由于二維電子氣體（2DEG）引起的電子遷移率使電阻較低，同時(shí)保持其尺寸較小。
　　GAN技術(shù)基于平面布局。在反向傳導(dǎo)中，GAN晶體管具有等效的身體二極管，沒(méi)有反向恢復(fù)電荷（Q RR = 0）。此外，對(duì)于給定的電阻，GAN設(shè)備的寄生電容比其硅的電容比硅較小。較小的寄生電容會(huì)導(dǎo)致更高的開(kāi)關(guān)能力，更高的PWM頻率和最小的死時(shí)間，以提高運(yùn)動(dòng)效率。
　　EPC2310X：Epower階段IC特征　　Epower Stage IC產(chǎn)品家族將輸入邏輯接口，高方面轉(zhuǎn)換柵極驅(qū)動(dòng)器和同步引導(dǎo)供應(yīng)以及Egan輸出FET一起使用EPC的專有GAN IC技術(shù)，將EGAN輸出FET與EGAN輸出FET一起融合到一個(gè)整體式集成電路中；這些設(shè)備包裝在3.5 x 5 mm的FCQFN軟件包中。新一代有效的電源轉(zhuǎn)換整體式集成電路由三個(gè)100 V級(jí)產(chǎn)品組成。功率FET的抗性（R DS，ON）的三個(gè)IC（EPC23102/3/4）不同，允許設(shè)備在不同的應(yīng)用中使用。 EPC23102是較低的R DS，在高和低側(cè)FET的設(shè)備上，最大為6.6MΩ，然后是EPC23103，最大為7.7MΩ。和11MΩ的EPC23104。設(shè)備的結(jié)構(gòu)在圖1的框圖電路中描述。

　　圖1。EPC23102  /3/4功能框圖。圖像由 Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　參考設(shè)計(jì)
　　EPC使用GAN FETS離散和GAN集成電路發(fā)布了幾個(gè)針對(duì)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)逆變器的參考設(shè)計(jì)板。所有參考設(shè)計(jì)板共享一個(gè)相似的框圖和控制器連接器，以幫助設(shè)計(jì)人員在逆變器平臺(tái)設(shè)計(jì)階段擴(kuò)展電流和電壓。
　　基于電路的集成電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序可提供較小的板和更容易的設(shè)計(jì)。 EPC9176 [6]和新版本的EPC91103 [7]和EPC91104 [8]板的新版本顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化和空間減少電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器逆變器的示例。評(píng)估板具有相同的布局，但功率階段和相電流傳感器的類型有所不同。 EPC9176配備EPC23102，EPC91103安裝EPC23103，EPC91104安裝了EPC23104設(shè)備。
　　新的參考設(shè)計(jì)板的測(cè)量為7.5 x 7.2厘米。逆變器輸入電壓范圍從14 V到85V。PCB堆棧結(jié)構(gòu)包括8層的FR4 PCB，頂部和底部和4盎司內(nèi)部層有2盎司，可降低PCB傳導(dǎo)性，并因此可以更好地?cái)U(kuò)散熱量。較厚的銅。這些板包含輔助電源，可從直流總線，相電壓感，相位電流效果傳感器，用于傳感器控制的霍爾/編碼器接口以及過(guò)度電流保護(hù)電路產(chǎn)生5 V和3.3 V，如圖2所示。
　　參考板的最重要特征是簡(jiǎn)化逆變器設(shè)計(jì)，尤其是在其頂部。如圖2中的布局所示，只有電源設(shè)備及其各自的霍爾效應(yīng)相電流傳感器安裝在PCB頂部表面上。這有助于從電源設(shè)備中傳播的熱量，并有更好的接口，而散熱器安裝在頂部。所有其他與模擬傳感信號(hào)，電源和過(guò)電流有關(guān)的組件都放在板的底部。直流鏈接由放置在板頂部和底部的陶瓷電容器組成，連接到DC-BUS連接器和功率設(shè)備，并在內(nèi)部層中重復(fù)了輸入電壓VIN和GND的其他軌道，以更好地分布層中的直流電電流?！　“惭b在新參考板中的霍爾效應(yīng)電流傳感器允許降低當(dāng)前傳感電路的復(fù)雜性?；诨魻柕南辔浑娏鱾鞲薪鉀Q方案不需要外部調(diào)節(jié)電路，并且與帶有分流電阻器的常規(guī)解決方案相比，它進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器板的設(shè)計(jì)。

　　圖2。EPC9176REV3.0 帶有系統(tǒng)框圖的頂部和底部視圖。圖像由 Bodo的Power Systems 提供

　　圖3。A  ）EPC3102和B）EPC23104溫度升高是運(yùn)動(dòng)相電流和PWM頻率的函數(shù)。圖像由 Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　圖3中顯示了帶有和沒(méi)有散熱器的穩(wěn)態(tài)操作測(cè)試，沒(méi)有強(qiáng)制空氣冷卻，并描述了EPC9176和EPC91104板的熱行為。使用48 V DC DC總線，安裝在EPC9176上的EPC23102可以連續(xù)攜帶15 A RMS運(yùn)動(dòng)相電流，而無(wú)需散熱器，顯示了相對(duì)于周?chē)鷾囟刃∮?5°C的設(shè)備的溫度升高，用于開(kāi)關(guān)頻率小于75°C KHz和50 ns死時(shí)間。 EPC9176在被動(dòng)空氣冷卻（無(wú)強(qiáng)制對(duì)流）下具有供熱鏈接，可以維持20 a RMS，溫度升高為65°C，用于切換頻率高達(dá)100 kHz和50 ns的耗時(shí)。
　　EPC23104安裝在EPC91104上的EPC23104由于設(shè)備R DS的不同而呈現(xiàn)出不同的熱行為。 EPC23104可以在沒(méi)有散熱器的情況下達(dá)到10 a RMS和15 a RMS，帶有供應(yīng)空氣和被動(dòng)空氣冷卻，死亡溫度升高至60°C以下，切換頻率高達(dá)100 kHz，而50 ns ns死亡時(shí)間。
　　使用邏輯輸出的集成電路可以使設(shè)計(jì)更加容易，并降低了逆變器的尺寸，從而確保了更大的緊湊性和減輕重量。由于開(kāi)關(guān)頻率較高，電動(dòng)機(jī)中的歐姆損失降低，輸入過(guò)濾器的尺寸降低，并且隨著系統(tǒng)生成的熱量的降低，整體系統(tǒng)效率也會(huì)提高；較短的死時(shí)間允許無(wú)聲操作并改善運(yùn)動(dòng)性能。