原创 机器人-适用于机器人和伺服驱动器的三相 GaN 逆变器

在现代电力电子领域，氮化镓（GaN）作为第三代半导体材料正日益受到重视。与传统的硅基半导体相比，GaN具有更高的电子迁移率和击穿电压，这使得GaN器件能够在更小的尺寸下承受更高的电压并实现更快的开关速度。这些特性使得GaN非常适合用于高效率和高频率的电源转换应用，例如三相逆变器。

三相逆变器是一种将直流电（DC）转换为交流电（AC）的设备，广泛应用于机器人、伺服系统和可再生能源系统等领域。在这些应用中，电机驱动器需要精确控制电流和电压，以实现对电机速度和扭矩的精确调节。传统的硅基功率器件在高频操作时会面临较大的开关损耗和散热问题，而GaN器件则可以显著提高逆变器的效率和功率密度。

TI（德州仪器）公司推出的GaN器件，如LMG341x系列，集成了驱动器，可以实现更小的尺寸，同时不受寄生参数的影响。这意味着在设计逆变器时，可以使用更紧凑的布局，减少电路板上的寄生电感和电容，从而提高系统的可靠性和性能。

在测试过程中，该参考设计采用了80kHz的脉冲宽度调制（PWM）技术。PWM是一种将模拟信号转换为数字信号的技术，通过调整脉冲的宽度来控制输出信号的有效值。在逆变器中，PWM用于控制功率器件的开关状态，从而调节输出电压和频率。

INA241是INA240的高共模放大器的下一代产品，它具有更好的失调电压和共模抑制比（CMRR）。失调电压是指放大器输入端无差分信号时的输出电压，而CMRR是衡量放大器对共模干扰信号抑制能力的指标。这两个参数对于电流检测性能至关重要，因为它们直接影响到测量的准确性和稳定性。

INA241还具有“增强型PWM抑制”功能，这可以帮助减少由于PWM切换引起的噪声和干扰。在电机驱动器中，精确的电流检测对于实现高性能的控制算法至关重要。因此，INA241的这一功能可以显著提高逆变器的电流检测性能，从而提高整个电机控制系统的性能。

综上所述，基于GaN的48V/15A三相逆变器参考设计利用了GaN器件的高电子迁移率和高击穿电压特性，以及TI GaN器件的集成驱动器优势，实现了更小的尺寸和更高的效率。同时，通过使用具有改进失调电压、CMRR和增强型PWM抑制功能的INA241高共模放大器，该设计能够提供更精确的电流检测，这对于高性能电机驱动器来说是至关重要的。随着GaN技术的不断发展和应用范围的扩大，我们可以预见，未来将会有更多高效、紧凑的电力电子设备出现在机器人、伺服系统和其他工业应用中。