三相集成GaN技术如何更大限度地提高电机驱动器的性能
在应对消费类电器、楼宇暖通空调(HVAC)系统和工业驱动装置的能耗挑战中，业界积极响应，通过实施诸如季节性能效比(SEER)、最低能效标准(MEPS)、Energy Star 和Top Runner等项目推进建立系统能效评级体系。
本文引用地址：
变频驱动器(VFD) 可为加热和冷却系统提供出色的系统效率，特别是在这些系统具有范围非常宽的精确速度控制的情况下。VFD使用逆变器控制电机转速，并进行高频脉宽调制(PWM)开关，可获得真正的可变速度控制。
虽然这些逆变器目前是使用绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为电源开关来实现的，但由于总体损耗较高，开关频率和电力输送受到限制。不过，随着宽带隙技术的进步，在电机驱动器中使用基于氮化镓(GaN) 的电源开关有助于提高功率密度、电力输送能力和效率。
1 GaN如何提高逆变器效率
GaN FET导致的导通损耗与GaN的导通状态电阻成正比，这一点与MOSFET类似。但对于IGBT，导通损耗取决于拐点电压和动态导通状态电阻，这通常高于GaN FET或MOSFET。
在开关损耗方面，与MOSFET和IGBT相比，GaNFET的损耗要低得多，原因是：
● GaN 提供零反向恢复。通过零反向恢复，可以非常高的电流压摆率(di/dt)和电压压摆率(dv/dt)切换GaN FET。在MOSFET 中，体二极管会出现较高的零反向恢复，从而限制开关di/dt 和dv/dt，并导致额外的损耗和相位节点电压振铃。对于IGBT，即使添加经过优化的反向并联二极管，仍然会带来与反向恢复相关的难题。
● 关闭时，IGBT 会受到少数载流子复合电流( 通常称为尾电流) 的影响，该电流会增加关断损耗。GaN没有任何尾电流。
● 与IGBT 和MOSFET 相比，GaN 的电容更低，因此电容开关损耗更低。
● 受控和更快的di/dt 和受控dv/dt 有助于优化开关期间的电压- 电流重叠损耗。
图1展示了在开关频率为20kHz、基于GaN的逆变器的相位节点电压压摆率限制为5 V/ns、环境温度为55℃ 的情况下，基于GaN、IGBT 和MOSFET 的解决方案的逆变器效率理论比较。可以看到，GaN 解决方案可帮助将功率损耗至少降低一半。