GaNの話シリコンを粉砕するために捧げたブログ
GaN FETを使った電動自転車、ドローン、ロボット向けの低コストで高効率なモーター駆動性能

GaN FETを使った電動自転車、ドローン、ロボット向けの低コストで高効率なモーター駆動性能

3 04, 2022

モビリティは、すべての経済において推進要因ですエレクトロモビリティ(またはイーモビリティ)は、地球にダメージを与える非効率的なモーターや化石燃料燃焼エンジンのように環境ストレスに影響することなく、商業用ギアを磨き続けるためのクリーンでインパクトのある方法です。高効率で小型なモーター駆動の設計に対する需要は、ますます高まっています。このトレンドをサポートする競争力のある環境に優しい代替案を迅速に開始するために、イーモビリティ用途向けのEPCのGaNベースのモーター駆動用リファレンス・デザイン

EPCのGaNベースのモーター駆動用リファレンス・デザインEPC9167とEPC9167HCは、窒化ガリウムFETのソリューションを使って、電動自転車用インバータの最高の性能を実現します。GaNベースのモーター駆動の大きな利点は以下です:

  • 音響雑音を抑え込むための小さい歪み
  • 磁気損失を減らすための小さい電流リップル
  • 精度を向上するための小さいトルク・リップル
  • 低コストのためのフィルタリングの軽減

EPC9167基板の軽量化と小型化によって、駆動回路をモーターのハウジングに組み込むことができ、低インダクタンス、高電力密度のモーターをサポートします。

EPC9167は、6個のeGaN FETEPC2065)で構成された3相インバータです。 EPC9167HCは、12個のEPC2065を搭載しており、スイッチごとに2個並列接続し、同等のオン抵抗RDS(on)を半分に減らせます。いずれの基板も、最大1 kWの動作が可能な3相インバータです。EPC9167HCは、直流電圧48 Vで電力を供給すると、ヒートシンクなしで、1相当たり18 ARMSを供給でき、eGaN FETのパッケージ温度から周囲温度まで、わずか50℃の温度上昇で済み、ヒートシンクを使うと、連続で1相当たり25 ARMS、ピーク動作で最大 35 ARMSを供給できます。

窒化ガリウム(GaN)・デバイス技術は、電子移動度が非常に高く、温度係数が小さくなっています。eGaN® FETのEPC2065のRDS(on)は2.7 mΩ(@ 25°C)と低く抑え込んでいます。さらに、eGaNデバイスは、横型構造で固有のボディ・ダイオードがない固有のボディ・ダイオードがないため、逆導通で動作したときに、非常に小さいゲート電荷QGと、逆回復電荷QRRゼロが得られます。同様のRDS(on)のシリコンMOSFETと比べて、eGaN FETのスイッチング損失は1/5と小さいため、インバータは、より高いPWM(パルス幅変調)周波数と小さいデッドタイムで動作できます。

高いPWM周波数と小さいデッドタイムによって、設計者は、直流リンクでセラミック・コンデンサを使えるため、信頼性が向上し、コストとサイズを削減できます。通常従来の電動自転車の設計では、電磁放射規制に準拠するために、LCフィルタがバッテリーとインバータの間に挿入されます。EPC9167を100 kHzで使うときは、入力フィルタを取り外すことができます。

加えて、EPCのモーター駆動用eGaN FETソリューションは、ウエハー・レベルのチップスケール・パッケージ(CSP)で提供され、ドレイン接続とソース接続を互い違いにクシ状に配置し、チップをプリント回路基板に直接はんだ付けすることによって、共通ソースとパワー・ループの寄生インダクタンスを低減できます。実装面積が小さいため、この基板の比較的小さな領域に6個または12個のEPC2065を実装して、高い電力密度を実現できます。 EPC9167基板の面積は、わずか130×100 mm(コネクタを含む)です。

主要な部分を強調したEPC9167とEPC9157HCの基板写真。

リファレンス・デザイン基板は、センサーレスまたはセンサー付きモーター制御に使えます。このクイック・スタート・ガイド(QSG)には、これらのリファレンス・デザインの設計のすべての詳細が記載されています。

イーモビリティに対する需要の高まりによって、高効率で小型なモーター駆動回路の必要性が高まっています。GaNベースのインバータは、シリコンMOSFETベースのインバータを使う高価なモーターと同じ性能を提供すると同時に、サイズ、重さ、コストを削減し、モーターの効率を向上できます;これによって、より小型・軽量で、雑音が少なく、より大きなトルク、より広い範囲、より高い精度のモーター・システムが実現可能になります。EPC9167の詳細については、この包括的なアプリケーション・ノートでリファレンス・デザインと特性の結果について詳しく説明しています。