原标题：TI LMG5200三相GaN逆变器参考设计TIDA-00909

　　LMG5200器件(一种80V驱动器，采用GaN半桥功率级)使用增强型氮化镓(GaN)FET提供集成功率级解决方案。该器件由在半桥配置中的一个高频GaN FET驱动器驱动的80V GaN FET组成。

　　不考虑VCC电压，TTL逻辑兼容输入可承受高达14V的输入电压。专有的自举电压钳位技术可以确保增强型GaN FET的栅极电压位于安全工作范围内。GaN FET为功率转换提供了显着的优势，因为它们具有接近零的反向恢复和非常小的输入电容CISS。所有器件都安装在一个完全无键合的封装平台上，采用最少量的封装寄生元件。LMG5200器件采用6 mm×8 mm×2mm无铅封装，可轻松安装在PCB上。

　　该器件通过提供更加用户友好的界面，扩展了分立GaN FET的优势。对于需要高频率，高效率运行的应用，它是一种理想的解决方案。它降低了对于保持中压GaN应用的间隙和爬电的要求，同时将环路电感最小化以确保快速开关的电路板要求。

　　LMG5200器件可以方便地设计高功率密度板，无需底部填充，同时保持漏电和间隙要求。高侧栅极驱动器和低侧栅极驱动器之间的传播延迟匹配，以允许非常严格地控制死区时间。控制死区时间对于保持高效率的GaN基应用是最为关键的。可以独立地控制HI和LI，从而将硬开关降压转换器的低侧FET的第三象限传导最小化。对于下降和上升阈值，HI和LI之间驱动器的传播不匹配很小，从而确保了死区时间<10ns。将GaN FET半桥与驱动器共同封装可确保最小化共源电感。

　　这种最小化的电感对硬开关拓扑结构具有显着的性能影响。内置带钳位的自举电路可防止高边栅极驱动超过GaN FET的最大栅极至源极电压(Vgs)，无需任何额外的外部电路。内置驱动器在VDD和自举(HB-HS)轨上具有欠压闭锁(UVLO)。当电压低于UVLO阈值电压时，器件忽略HI和LI信号，以防止GaN FET部分打开。低于UVLO时，如果有足够的电压(VVCC>2.5V)，驱动器主动将高端和低端栅极驱动器输出拉低。200mV的UVLO阈值滞后可防止由于电压尖峰造成的抖动和不必要的导通。采用数值为0.1μF或更高的外部VCC旁路电容。建议使用0402的尺寸，以尽量减少引脚的走线长度。将旁路和自举电容尽可能靠近器件，以尽量减小寄生电感。

　　LMG5200主要特性

　　输入电压高达80V DC

　　集成的80V，18mΩGaN FET

　　优化引脚排列易于进行PCB布局

　　内部自举电源钳位以防止GaN FET过驱动

　　电源轨欠压锁定

　　独立的高端和低端TTL逻辑输入

　　快速传播时间(典型值为29.5ns)

　　优异的传播延迟匹配(典型值为2ns)

　　低功耗

　　LMG5200应用

　　数控驱动

　　制造机器人

　　非军事无人机

　　电源：电信DC/DC模块：数字

　　伺服驱动器和运动控制

　　图1 LMG5200功能框图

　　图2 LMG5200降压转换器连接图

　　48V/10A高频PWM三相GaN逆变器参考设计TIDA-00909

　　低电压，高速驱动器和/或低电感无刷电动机需要在40kHz~100kHz范围内采用更高的逆变器开关频率，以最小化电动机中的损耗和转矩波动。TIDA-00909参考设计通过使用具有三个80V/10A半桥GaN功率模块LMG5200的三相逆变器来实现这一点，并且使用基于分流的相电流感测。氮化镓(GaN)晶体管可以比硅FET切换得快得多，并且在同一封装中将GaN FET和驱动器相集成，减少了寄生电感并且优化了开关性能，降低了损耗，从而允许缩小或消除散热器。TIDA-00909提供TI BoosterPack兼容接口，用于连接到C2000 MCU LaunchPad开发套件，以便进行性能评估

　　三相GaN逆变器参考设计TIDA-00909特性

　　具有宽输入电压范围12V~60V和7Arms/10Apeak输出电流的三相GaN逆变器，测试频率高达100kHz PWM。

　　GaN功率级，大大降低了开关损耗，允许高PWM开关

　　频率在100kHz PWM时的峰值效率高达98.5%。

　　LMG5200 GaN半桥功率级简化PCB布局，减少寄生电感，优化开关性能，小于2ns的上升/下降时间

　　更低的开关节点电压过冲和下冲，带有非常低的12.5ns死区

　　最小化相电压振铃，以及减少相电压失真和EMI

　　高精度(0.1%)的精密并联相电流检测

　　TI BoosterPack兼容接口，具有3.3V I/O，可通过C2000 MCU LaunchPad开发套件轻松进行性能评估

　　图3 三相GaN逆变器参考设计TIDA-00909外形图

　　三相GaN逆变器参考设计TIDA-00909应用

　　伺服驱动器和运动控制

　　计算机数控(CNC)驱动

　　制造机器人

　　服务机器人

　　非军事无人机

　　图4 三相GaN逆变器参考设计TIDA-00909框图

　　图5 TIDA-00909三相GaN逆变器拓扑

　　表1 TIDA-00909三相GaN逆变器主要指标

　　图6 TIDA-00909三相GaN逆变器PCB顶层视图

　　图7 TIDA-00909三相GaN逆变器PCB底层视图

　　表2 TIDA-00909三相GaN逆变器材料清单