本文圍繞氮化鎵（GaN）功率IC在無刷直流（BLDC）電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用中的優(yōu)勢展開研究，通過設(shè)計實(shí)例和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，論證了其在提升效率、減小尺寸和降低成本方面的顯著效果。
*附件：GaN-Power-ICs-Drive-Efficiency-and-Size-Improvements-in-BLDC-Motor-Drive-Applications-paper.pdf

1. 引言 ：長期以來，IGBT和硅MOSFET作為電機(jī)驅(qū)動逆變器的功率開關(guān)，存在反向恢復(fù)導(dǎo)致的高開關(guān)損耗問題，傳統(tǒng)硅基驅(qū)動器效率約80%且開關(guān)頻率低。GaN功率開關(guān)無反向恢復(fù)，開關(guān)損耗低，但其驅(qū)動方案不同，集成多種電路可發(fā)揮其性能優(yōu)勢，目前針對高直流母線電壓應(yīng)用的設(shè)計較少。
   
2. GaN功率開關(guān)選擇標(biāo)準(zhǔn) ：相比IGBT和超級結(jié)MOSFET，GaN晶體管開關(guān)損耗低，有助于簡化熱管理、減小散熱器尺寸和降低用電成本。選擇時不能僅考慮總損耗，還需關(guān)注最大電流。集成的GaN功率FET可視為數(shù)字功率級，內(nèi)置過溫、過流保護(hù)電路和無損電流檢測功能，能提升系統(tǒng)可靠性、降低成本。
3. 設(shè)計考量 ：以Navitas的NV6247半橋GaN功率IC構(gòu)建的逆變器為例，其外部元件少，集成多種功能電路。設(shè)計時需合理選擇高低側(cè)外部電容，布局遵循數(shù)據(jù)手冊建議，優(yōu)化熱阻，該電路板無散熱器時熱阻約12.5K/W 。
4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ：在特定工況下測試逆變器，300W輸出功率時效率接近99%，滿載功耗小于3W，可大幅減小散熱器尺寸。輸出300W負(fù)載時，電路板表面溫度低于60°C，該設(shè)計對異常工況耐受性強(qiáng)。
5. 結(jié)論與展望 ：Navitas的GaNSense半橋功率IC實(shí)現(xiàn)的電機(jī)逆變器功率密度高、損耗低，滿載峰值效率超99%，簡化了逆變器與電機(jī)的集成，降低系統(tǒng)和運(yùn)營成本，提升系統(tǒng)動態(tài)性能。未來研究方向是擴(kuò)展功率范圍至數(shù)千瓦，并探索適配不同電機(jī)以進(jìn)一步降低成本。