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如何設(shè)置、設(shè)計(jì)及正確地驅(qū)動(dòng)GaN功率級(jí)

星星科技指導(dǎo)員 ? 來(lái)源:TI ? 作者:TI ? 2023-04-14 10:07 ? 次閱讀

您將用氮化鎵(GaN)功率級(jí),Hercules?微控制器和滾輪調(diào)暗燈。我將介紹硬件和固件。準(zhǔn)備好啟動(dòng)您的焊接設(shè)備。

您可以通過(guò)多種方式控制GaN功率級(jí)。LMG5200 GaN 半橋功率級(jí)的 TI 用戶指南使用無(wú)源元件和分立邏輯門的組合。在這篇文章中,我將描述如何使用Hercules微控制器驅(qū)動(dòng)它。圖 1 顯示了用于驅(qū)動(dòng) LMG5200 的 Hercules 模塊。

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圖 1:帶死區(qū)發(fā)生器的大力神 PWM 模塊

GaN和大力神功率級(jí)是完美的匹配。兩者都在工業(yè)和汽車應(yīng)用中表現(xiàn)良好。Hercules脈寬調(diào)制(PWM)模塊具有專門的硬件來(lái)驅(qū)動(dòng)這些信號(hào)。死區(qū)發(fā)生器 (DB) 子模塊非常適合生成您需要的死區(qū)時(shí)間。

設(shè)置

圖 3 顯示了將連接在一起的硬件模塊。負(fù)載是一個(gè)經(jīng)典燈泡。德州儀器 LMG5200 GaN 評(píng)估套件控制燈的功率。舊鼠標(biāo)的滾輪用作輸入。您將使用它來(lái)上下調(diào)頻GaN功率級(jí)的輸出。

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圖 3:硬件設(shè)置

Hercules LaunchPad將把組件粘合在一起。當(dāng)您旋轉(zhuǎn)滾輪時(shí),它會(huì)使燈更亮或更暗。

設(shè)計(jì)

想出一個(gè)干凈的硬件結(jié)構(gòu)并不難,因?yàn)槟星逦墓δ軌K(圖 4)。邏輯部分是:帶有輸入(滾輪)和輸出(GaN驅(qū)動(dòng)器)的Hercules控制器,以及功率調(diào)節(jié):帶有輸入(LaunchPad)和輸出(燈)的GaN驅(qū)動(dòng)器。

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圖 4:硬件模塊

固件也是如此。狀態(tài)機(jī)管理功能,有兩個(gè)模塊:偵聽滾輪的旋轉(zhuǎn)功能和與 LMG5200 通信的 GaN 模塊。這兩個(gè)模塊都依賴于低級(jí) Hercules 外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序(圖 5)。

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圖5:固件模塊


活動(dòng)

讓我們從輸出端開始。第一步是在LaunchPad上生成正確的PWM信號(hào),以控制GaN驅(qū)動(dòng)器。接下來(lái),將GaN評(píng)估套件連接到LaunchPad,在此過(guò)程中對(duì)PCB進(jìn)行一些更改。最后,插入輸入。將鼠標(biāo)滾輪變成穩(wěn)定的正交編碼器,并將信號(hào)集成到固件中。

以正確的方式驅(qū)動(dòng) LMG5200 GaN 功率級(jí)

LMG5200 GaN 半橋功率級(jí)對(duì)其輸入信號(hào)有特殊要求。我在上一篇文章中深入介紹了這些信號(hào)。關(guān)鍵是創(chuàng)建兩個(gè)反向PWM信號(hào)。在特定點(diǎn)也需要暫停。當(dāng)信號(hào)切換邏輯電平時(shí),您必須在其中一個(gè)信號(hào)的開關(guān)低電平和另一個(gè)信號(hào)的開關(guān)高電平之間等待一小段時(shí)間(稱為死區(qū)時(shí)間)。

當(dāng)?shù)托盘?hào)高時(shí),高信號(hào)應(yīng)為低信號(hào),反之亦然。但是,您必須在一個(gè)信號(hào)的下降沿和另一個(gè)信號(hào)的上升沿之間注入一個(gè)小的延遲。兩個(gè)信號(hào)都將在幾納秒內(nèi)保持低電平。

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圖 6:具有死區(qū)時(shí)間的 LMG5200 輸入信號(hào)

在圖 6 中,死區(qū)時(shí)間是下降沿和上升沿之間的陰影區(qū)域。讓我們將其與圖7進(jìn)行比較,圖<>捕獲了Hercules微控制器生成的信號(hào)。

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圖 7:捕獲大力神 PWM 和死區(qū)時(shí)間

圖7中的黃色和藍(lán)色跡線是來(lái)自Hercules ePWM模塊的低信號(hào)和高信號(hào)。紫色跡線是計(jì)算信號(hào)(黃色和藍(lán)色),代表死區(qū)時(shí)間。

示波器的 SUM 函數(shù)在這里有很大幫助。您可以使用它來(lái)測(cè)量死區(qū)時(shí)間的寬度(兩個(gè)信號(hào)均為低電平時(shí)的0V驟降)。同樣重要的是,如果您不小心同時(shí)將兩個(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)為高電平(這種情況會(huì)破壞您的GaN器件),它將顯示為10V峰值。

設(shè)置 PWM 信號(hào)

您可以使用可視化硬件配置器 HALCoGen 配置 Hercules 微控制器及其模塊。啟用所需的外圍設(shè)備,對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化,然后讓 HALCoGen 生成項(xiàng)目。您將獲得一個(gè)包含完整源代碼的可編譯項(xiàng)目,并且只需添加兩行代碼即可獲得正在運(yùn)行的設(shè)計(jì)。

首先,啟用 ePWM 驅(qū)動(dòng)程序。這是將產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)的外設(shè),您將發(fā)送到GaN集成電路(IC)。

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圖 8:?jiǎn)⒂?PWM

接下來(lái),激活其中一個(gè)可用的 PWM 模塊并創(chuàng)建 LMG5200 GaN 半橋所需的信號(hào)。

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圖 9:激活 PWM 模塊 1

您可以在單個(gè)屏幕上配置整個(gè)信號(hào),包括死區(qū)時(shí)間。通過(guò)將復(fù)選框和值設(shè)置為圖10所示的值,您的ePWM模塊將準(zhǔn)備好輸出GaN信號(hào)。

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圖 10:配置 PWM 信號(hào)和死區(qū)時(shí)間

我寫了一篇關(guān)于 element14 的博客文章,解釋了每個(gè)設(shè)置,以及此配置如何為您提供 LMG5200 的完美信號(hào)。

讓 HALCoGen 為您生成項(xiàng)目源代碼,并將這些行添加到 main() 函數(shù)中:

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您可以使用 Code Composer Studio? 軟件構(gòu)建和執(zhí)行此項(xiàng)目,并且 LaunchPad 已準(zhǔn)備就緒。探測(cè)ePWM信號(hào),您將獲得與圖7中的示波器捕獲類似的圖像。占空比為10%,頻率為1MHz。

僅此而已。您已經(jīng)將LaunchPad變成了可以立即控制GaN驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)備。

審核編輯:郭婷

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