使用 eGaN FET 和 IC 減少馬達驅動設計中的聽覺噪音
技術分享雜談GaN技術 – Renee Yawger
一月 15, 2021
無刷直流 (BLDC) 馬達 越來越受歡迎,並且在機器人技術、電子移動和無人機中有著越來越多的應用。這些應用有特殊需求,例如輕量、小尺寸、低轉矩波動、低噪音和極高的精度控制。為了滿足這些需求,為馬達提供動力的變頻器需要以更高頻率運行,但同時需要先進技術來減少由此產生的較高功率損耗。增強模式氮化鎵 (eGaN ®) 晶體管和集成電路能夠在不產生顯著損耗的情況下以更高頻率運行。
在某些馬達應用中,例如無人機,安靜運行是一個關鍵要求。無人機馬達和螺旋槳產生的噪音 尤其在用於視頻拍攝時會非常困擾,因為噪音會淹沒用戶試圖捕捉的聲音。此外,考慮到可能的軍事應用,使用無人機群來進行情報、監視和偵察。在這種多架無人機一起飛行的情況下,盡可能安靜的運行是必須的。
為了實現這些應用所需的安靜馬達運行,GaN 的高切換頻率能力是至關重要的。eGaN 器件允許馬達驅動變頻器設計達到 100 kHz 以上的高頻率,相比之下,硅設計通常在 10 – 20 kHz 範圍內運行。在這樣的高頻率下,可以顯著減少死區時間,從而大大減少馬達的可聽噪音。
以下視頻中展示的設計是一個三相變頻器,從 48 V 直流電源供電,在 40 kHz 切換下運行一個無負載的 150 W NEMA 馬達。它可以在 20 kHz 到 1 MHz 的切換頻率範圍內運行,當配備散熱器時,每相馬達可以提供 15 A 的峰值電流。該板的尺寸僅為 45 mm x 55 mm。
視頻中演示的變頻器設計使用了EPC2152 整合 ePower™ 模塊,該模塊集成了兩個 70 V、10 mΩ 的主 FET 和一個自包含的半橋門驅動器,優化用於驅動 FET。在視頻中,可以清楚地聽到當設計的死區時間設置為 1 微秒和設置為 50 ns 時馬達的聲學差異。使用 50 ns 及以下的死區時間,這只有 GaN 能實現,可以實現非常安靜的運行。