此參考設計是一款三相逆變器，在 50°C 環境溫度下的連續額定功率為 1.25 kW，在 85°C 環境溫度下的連續額定功率為 550 W，用于驅動 200 V 交流伺服電機。它采用 600V LMG3411R150氮化鎵 （GaN） 電源模塊，集成 FET 和柵極驅動器，安裝在 1.95mm 絕緣金屬基板 （IMS） 板上，可實現高效散熱。隔離和控制電路安裝在單獨的 FR-4 板上 - 設計尺寸為 80 mm × 46 mm × 37 mm，包括散熱器、控制、隔離和功率級。這種超小的外形尺寸，加上自然對流無風扇冷卻的能力，允許驅動器與電機輕松集成，在 6 軸電機應用（包括機器人、CNC 機床等）中，所需的機柜空間減少多達 50%，電纜長度減少多達 90 米。

*附件：設計指南 — TIDA-00915.pdf

特征

• 600V、6A LMG3411R150 GaN 在 50°C 環境條件下可實現高達 1.25kW 的功率密度，在 85°C 環境條件下高達 550W
• 超小外形和自然對流無風扇冷卻允許輕松集成驅動器，從而節省電機的占地面積和布線成本
• 非常快速的開關轉換 （<5 ns） 和最小的開關節點電壓振鈴降低了 EMI
• 高效功率級（32kHz PWM 時峰值效率為 >99%）減小了散熱器尺寸
• 柵極欠壓、器件過流和過熱保護

1. 設計概述

• ?設計名稱?：TIDA-00915
• ?描述?：三相1.25kW、200VAC小型GaN逆變器參考設計，適用于集成驅動器。
• ?特點?：高效率、高功率密度、小型化設計，支持自然對流無風扇冷卻。

2. 關鍵組件

• ?主要芯片?：LMG3411R150 GaN FET，集成FET和柵極驅動器。
• ?隔離器?：ISO7721，提供3000V RMS隔離。
• ?控制器?：C2000? F280049C控制卡。
• ?輔助芯片?：TL431（可調分流穩壓器）、TLV1117（低壓差穩壓器）。

3. 系統架構

• ?系統組成?：包括電源板、隔離板和接口板。
• ?電源板?：2層IMS PCB，采用6個LMG3411R150 GaN模塊。
• ?隔離板?：4層FR-4 PCB，包含ISO7721隔離器和邏輯電路。
• ?接口板?：4層FR-4 PCB，連接控制卡和隔離板。

4. 設計特點

• ?高效率?：峰值效率超過99%，顯著降低熱沉尺寸。
• ?高功率密度?：150W/in3的功率密度。
• ?快速開關?：開關過渡時間小于5ns，降低EMI。
• ?保護功能?：包括柵極欠壓、過流和過溫保護。

5. 應用領域

• ?電機集成驅動器?
• ?伺服驅動器?
• ?CNC機器?
• ?機器人技術?

6. 設計規格

• ?輸入電壓?：DC 200-400V
• ?輸出電壓?：三相200V AC
• ?輸出電流?：3.5A RMS（50°C），1.5A RMS（85°C）
• ?開關頻率?：最高32kHz（85°C），最高100kHz（室溫）
• ?保護特性?：
  • 柵極驅動電源欠壓保護（8.5V）
  • 逐周期過流保護（30A）
  • 過溫保護（165°C）

7. 硬件實現

• ?PCB設計?：采用多層板設計，優化布局以減小寄生電感。
• ?熱設計?：使用熱界面材料（TIM）和散熱片，確保高效散熱。
• ?隔離與保護?：通過數字隔離器實現控制板與功率級之間的隔離。

8. 測試與驗證

• ?測試設備?：包括高速示波器、高壓隔離探頭、功率分析儀等。
• ?測試結果?：
  • 峰值效率：16kHz時99.37%，32kHz時99%。
  • 熱性能：在50°C環境溫度下，最大輸出電流為3.5A（16kHz）和3A（32kHz）。

9. 設計文件與資源

• ?原理圖?：提供詳細的電路原理圖。
• ? 物料清單（BOM） ?：列出所有組件及其規格。
• ?PCB布局建議?：包括布局打印文件和Altium項目文件。
• ?相關文檔?：鏈接到相關的應用報告和白皮書。

10. 注意事項

• ?高壓安全?：設計中包含高壓部分，測試時需采取適當的安全措施。
• ?高溫警告?：部分組件和PCB表面在運行過程中可能達到高溫，需避免燙傷。