在此比較中，三個(gè)最重要的參數(shù)是較高的帶隙，臨界場(chǎng)和電子遷移率。以每厘米為單位的電壓測(cè)量的臨界場(chǎng)決定了雪崩故障的閾值。因此，設(shè)備分解的電壓與漂移區(qū)域的寬度成正比。在GAN的情況下，對(duì)于相同的擊穿電壓，漂移區(qū)域可能比硅小10倍。當(dāng)將這些參數(shù)全部合并時(shí)，如果晶體的臨界場(chǎng)高10倍，則可以將電端子靠近10倍。這導(dǎo)致了GAN和Silicon之間的明顯分化因子：中型氮化殼設(shè)備可以建立在平面技術(shù)的基礎(chǔ)上，而這對(duì)硅設(shè)備的成本較高。為了具有競(jìng)爭(zhēng)力，硅設(shè)備是在垂直技術(shù)上制造的，通常在頂部的柵極和源，并在底部排水，從而使實(shí)際上不可能在同一芯片中使用兩個(gè)動(dòng)力設(shè)備。 EPC的Gan-On-Si平面技術(shù)沒有必須垂直構(gòu)建的限制，也沒有圖1所示的集成電路的示意圖橫截面。

　　圖1。EPC 氮化碳技術(shù)使電源設(shè)備與柵極驅(qū)動(dòng)器邏輯的集成。圖片使用了 Bodo的電力系統(tǒng)從離散的側(cè)向EGAN FET設(shè)備開始，EPC迅速轉(zhuǎn)移到更高的集成水平。 2014年，EPC推出了一個(gè)由一個(gè)芯片上的多個(gè)FET組成的集成設(shè)備的家族，這成為通往Power Systemon-A-Chip之旅的起點(diǎn)。隨著EPC2107和EPC2108的引入，這種趨勢(shì)擴(kuò)大了，將半橋與集成的同步引導(dǎo)晶體管進(jìn)行了整??合。
　　在2018年，EPC繼續(xù)沿其集成路徑，并在單個(gè)芯片中引入了GAN IC，將門驅(qū)動(dòng)器與高頻GAN FET相結(jié)合，以提高效率，尺寸降低和降低成本。在2019年，epower階段IC系列產(chǎn)品通過將所有必要的電源系統(tǒng)啟動(dòng)在較高電壓和較高頻率水平的單個(gè)Gan-on-Si集成電路中重新定義了功率轉(zhuǎn)換，超出了硅的范圍。最近，在2021年，將EPC23101與EPC2302 Power Stape芯片組結(jié)合使用。
　　GAN集成電路整體功率階段 - EPC2152
　　第一個(gè)Epower階段設(shè)備于2019年推出。EPC2152是單層整合的單芯片驅(qū)動(dòng)器加Gan Fet Half Half Bridge Power級(jí)IC。輸入邏輯接口，級(jí)別移動(dòng)，引導(dǎo)帶充電和柵極驅(qū)動(dòng)緩沖電路以及配置為半橋的GAN輸出FET都集成在整體芯片中。這種整合產(chǎn)生了芯片尺度的LGA形式，僅測(cè)量3.85 mm x 2.59 mm x 0.63 mm。半橋拓?fù)渲械膬蓚€(gè)GAN輸出FET設(shè)計(jì)為具有相同的8.5MΩ典型R DS（ON）。　　將GAN FET與芯片柵極驅(qū)動(dòng)緩沖液的整合實(shí)際上消除了常見源電感和柵極驅(qū)動(dòng)環(huán)電感的影響。通過促進(jìn)內(nèi)部垂直布局技術(shù)的LGA引腳將功率環(huán)電感最小化。 EPC2152的框圖如圖2所示，參考設(shè)計(jì)EPC9146 BLDC逆變器功能框圖在圖3中給出。

　　圖2。EPC2152GAN 集成電路框圖。圖片使用了 Bodo的電力系統(tǒng) 

     圖3。EPC9146BLDC 逆變器功能框圖。圖片使用了 Bodo的電力系統(tǒng)EPC9146帶有EPC2152的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)參考設(shè)計(jì)

　　為了證明EPC2152在電動(dòng)機(jī)逆變器中集成電路的功能，EPC發(fā)布了EPC9146參考設(shè)計(jì)。它是一個(gè)三相無刷的（BLDC）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)板，包含三個(gè)EPC2152單片階段階段，15 a Pk（10.5 a rms）最大輸出電流。除了整體電源階段外，板還包含所有必要的關(guān)鍵功能，以支持完整的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器，包括用于管家供應(yīng)，電壓和溫度傳感，相位電流傳感和保護(hù)功能的受管制輔助電源。 EPC9146的各種功能塊如圖3所示。此參考設(shè)計(jì)可用于所有應(yīng)用，其中電機(jī)相電流為10 a RMS連續(xù)連續(xù)使用15 a RMS，在有限的時(shí)間內(nèi)高電流操作。
　　GAN IC Power Stage芯片組 - EPC23101與EPC2302結(jié)合沿著進(jìn)一步整合和增加功率密度的路徑，在2021年，EPC引入了一個(gè)結(jié)合了EPC23101的芯片組，一個(gè)高側(cè)GAN與單一集成的半橋柵極驅(qū)動(dòng)器和EPC2302 GAN FET，如圖4所示。
　　EPC23101是一個(gè)100 V級(jí)的單片組件，它集成了輸入邏輯接口，級(jí)別轉(zhuǎn)換，自舉式充電和GATE驅(qū)動(dòng)緩沖液電路，以及高度的2.6MΩ典型R ds（ON） GAN輸出FET。 EPC2302是100 V伴隨的Lowside，1.4MΩ典型的R DS（ON） GAN FET。通過選擇調(diào)諧電阻R Boot和R DRV，可以將過電壓尖峰控制在軌道上方的+10 V小于+10 V，在硬開關(guān)過渡期間地面–10 V?！　PC23101 IC僅需要外部5 V（V DRV）電源。內(nèi)部低端和高端電源V DD和V引導(dǎo)是通過串聯(lián)開關(guān)和同步引導(dǎo)開關(guān)生成的?？梢酝ㄟ^將EN PIN連接到V DRV來禁用內(nèi)部電路以減少靜止的功耗。 FET門驅(qū)動(dòng)電壓源自內(nèi)部低側(cè)和高側(cè)電源。全門驅(qū)動(dòng)電壓僅在HS IN和PWM輸入中的LS之后可用于幾個(gè)周期。與EPC2152相比，EPC23101與EPC2302結(jié)合使用，使設(shè)計(jì)人員可以制造出更高的當(dāng)前逆變器。

　　圖4。EPC23101 與EPC2302 GAN IC芯片組框圖結(jié)合使用。圖片使用了 Bodo的電力系統(tǒng)EPC9173帶有EPC23101的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)參考設(shè)計(jì)
　　為了證明EPC23101 IC在電動(dòng)機(jī)逆變器中的功能，EPC發(fā)布了EPC9173參考設(shè)計(jì)。在該板上，三相逆變器的每半橋均包含兩個(gè)EPC23101 IC，其PWM信號(hào)交叉連接，允許插入源分流器讀取電流，并在圖5中顯示了一部分示意圖?！　⊥ㄟ^為低側(cè)開關(guān)使用相同的IC，可以具有平衡的半橋逆變器，并且兩個(gè)開關(guān)相對(duì)于電源地面都可以漂浮。這使得源流的插入更加容易，避免在輸入PWM信號(hào)節(jié)點(diǎn)上彈跳。 EPC9173板包括一個(gè)過電流的檢測(cè)電路，該電路可以用作過度電流或電流函數(shù)，具體取決于所需的算法和調(diào)制。

　　圖5。EPC9173BLDC 逆變器功能框圖。圖片使用了 Bodo的電力系統(tǒng)申請(qǐng)
　　PWM頻率增加和減少時(shí)間減少
　　GAN集成電路和FET在運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中帶來了幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。最簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)是減小逆變器的大小，這是由于gan fet和ICS的固有較小尺寸與等效的MOSFET所致。但是，為了充分利用新技術(shù)，最好以較高的PWM頻率操作電動(dòng)機(jī)并因此減少死時(shí)間[2]。　　常規(guī)的硅MOSFET逆變器受高開關(guān)損耗和換向行為的限制，通常不會(huì)在40 kHz PWM頻率以上操作，而死時(shí)間低于200 ns。基于GAN的逆變器在這種意義上不受限制，并且由于電流波的降低而導(dǎo)致歐姆的耗散較低（圖6，[4]），而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的扭矩諧波較少[2]，因此可以提高電動(dòng)機(jī)的效率[2]。

　　圖6。 具有50％占空比平方波電壓激發(fā)的電動(dòng)機(jī)中測(cè)量和估計(jì)的PWM誘導(dǎo)的損耗之間的比較[4]。圖片使用了 Bodo的電力系統(tǒng)此外，增加開關(guān)頻率有助于減少輸入過濾器并消除對(duì)電容器的需求。表2顯示了兩個(gè)逆變器，一個(gè)在20 kHz，500 ns死亡時(shí)間運(yùn)行，500 ns死時(shí)間，另一個(gè)基于gan，以100 kHz的速度運(yùn)行，14 ns死時(shí)間。在相同條件下，兩個(gè)逆變器都在相同的設(shè)置中運(yùn)行，并且電動(dòng)機(jī)更有效，因?yàn)樵贕AN逆變器的情況下除去了許多能量浪費(fèi)諧波。
　　電動(dòng)機(jī)中L/R時(shí)間常數(shù)較低的應(yīng)用
　　所有需要高電氣頻率和快速動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用，例如無人機(jī)螺旋槳和電動(dòng)自行車內(nèi)電動(dòng)機(jī)，都使用非常低的電感（單位數(shù)ωH范圍）電動(dòng)機(jī)。隨著通過更好的材料和更高強(qiáng)度的永久磁體實(shí)現(xiàn)的更高效的磁路設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，電磁相的轉(zhuǎn)彎數(shù)可以減少并仍然產(chǎn)生相同的后EMF。
　

設(shè)置	逆變器20kHz，500 ns死時(shí)間400 rpm，5 a rms	gan逆變器100 kHz，14 ns死時(shí)間400 rpm，5 a rms
輸入電感	2.7 μH	沒有任何
輸入電容器	660 μF電解	44 μf陶瓷
別針	121.3 w	113.3 w
噘	119.6 w	113.3 w
n逆變器	98.50％	98.20％
速度	42.25 rad/s	41.94 rad/s
扭矩	1.876 nm	1.940 nm
PMECH	79.3 w	81.36 w
N電動(dòng)機(jī)	66.30％	73.10％
n總效率	65.30％	71.80％

　　表2。 在20 kHz，500 ns逆變器和100 kHz，14 ns gan逆變器與輸入過濾器減少的比較之間[2]。
　　永久磁鐵無刷電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生反emf電壓，E，與速度成正比，ω（e = k e ·ω），并且給定電動(dòng)機(jī)可以運(yùn)行的最大速度與直流總線電壓和電壓常數(shù)直接相關(guān)。為了提高速度，有必要通過減少相線圈的計(jì)數(shù)來降低k e，從而降低差異平方的電感。將電流紋波限制在相電流的少于10％是一種??良好的設(shè)計(jì)實(shí)踐，只能通過增加PWM頻率來實(shí)現(xiàn)。
　　當(dāng)前隨時(shí)間的上升與電壓與電感的比率有關(guān)，并且隨著電感的降低，電流會(huì)升高，PWM誘導(dǎo)的電流波動(dòng)也更快。當(dāng)前的上升時(shí)間減少和較大的波紋會(huì)增加產(chǎn)生的熱量，并產(chǎn)生其他EMI噪聲，這是不可取的。通常，這些電動(dòng)機(jī)具有較小的時(shí)間穩(wěn)定性，\（\ tau = \ frac {l} {r} \）可以從100 kHz PWM頻率中受益。
　　輸入電流和電壓波紋
　　根據(jù)等式，逆變器中的輸入電壓波紋?V與輸出相位電流成正比，與PWM頻率和輸入電容成反比。 （1）\（\ delta v_ {in} \ infty \ frac {1} {f \，p \，w \，m \，} \ frac {1_ {stape}}} {c_ {c_ {in}}} \）所需的波紋取決于電纜從直流源到逆變器產(chǎn)生的排放給出的EMI約束。如果PWM頻率在20 kHz的范圍內(nèi)，則只能通過使用比陶瓷電容器笨重且可靠的電容器來實(shí)際獲得所需的輸入電容CIN。
　　此外，電解電容器受到可以流過它們的RMS電流的限制，因此需要更多的電容器并聯(lián)，并導(dǎo)致總輸入電容高于設(shè)計(jì)的總數(shù)超過一個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)頻率增加到100 kHz時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以使用諸如X7R之類的陶瓷電容器，并牢記設(shè)計(jì)規(guī)則，當(dāng)應(yīng)用電壓是額定電壓的一半時(shí)，有效電容降至指定值的一半。
　　EPC9173參考設(shè)計(jì)為電解電容器和陶瓷電容器提供了機(jī)會(huì)，為設(shè)計(jì)師提供了選擇其首選的開關(guān)頻率并以首選添加或卸下電容器的機(jī)會(huì)。
　　帶有梯形調(diào)制的電動(dòng)工具
　　許多電動(dòng)工具應(yīng)用程序仍在使用梯形調(diào)制方案和相關(guān)的逆變器原理圖。通常，這些應(yīng)用是基于三個(gè)霍爾傳感器，以分辨率為60的電度，以檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，并且它們具有單個(gè)分流器來測(cè)量DC總線返回中的電流。六步操作對(duì)于BLDC驅(qū)動(dòng)器具有許多優(yōu)勢(shì)，例如最大功率利用率和擴(kuò)大的通量凈化區(qū)域。
　　但是，由于逆變器輸出的最大利用率，電流調(diào)節(jié)器的飽和使得很難保持瞬時(shí)電流控制能力。在大多數(shù)常規(guī)系統(tǒng)中，它是通過逐個(gè)周期電流限制的電壓角控制實(shí)現(xiàn)的，動(dòng)態(tài)性能不令人滿意。如果在PWM循環(huán)中達(dá)到當(dāng)前限制，則關(guān)閉通電設(shè)備（取決于當(dāng)前方向），直到下一個(gè)PWM循環(huán)。
　　BLDC電動(dòng)機(jī)的原理是為相對(duì)配對(duì)提供電力，這可以產(chǎn)生最高的扭矩。為了優(yōu)化這種效果，后EMF的形狀設(shè)計(jì)為梯形，但實(shí)際上，它是正弦的，具有較高的諧波。 DC電流與梯形背面EMF的組合在理論上可以產(chǎn)生恒定的扭矩。實(shí)際上，電流不能在運(yùn)動(dòng)階段立即建立。結(jié)果，每個(gè)60度相位的扭矩波紋存在。
　　隨著電流限制周期方案和低電感電動(dòng)機(jī)的限制，PWM頻率越低，電流波紋越高。這反過來會(huì)產(chǎn)生熱量和不必要的功率耗散。使用具有相同梯形方案的GAN逆變器，可以增加PWM頻率，然后降低當(dāng)前的漣漪，獲得更高的效率，更少的熱量和更少的振動(dòng)。
　　GAN電機(jī)驅(qū)動(dòng)參考設(shè)計(jì)EPC9173和EPC9167配備了當(dāng)前的比較器電路，該比較器電路可以由微控制器用作循環(huán)循環(huán)電流限制的信號(hào)，以遵循梯形調(diào)制。使用此系統(tǒng)，電動(dòng)工具設(shè)計(jì)人員可以測(cè)試參考設(shè)計(jì)，以評(píng)估其應(yīng)用中的GAN優(yōu)勢(shì)。