与开关电源差别
，三相电机驱动逆变器通常接纳低开关频率；只有几万赫兹。大功率电机体积大
，绕组电感高。因此
，纵然在低开关频率下
，电流纹波也是可以接受的。随着电机手艺的生长
，功率密度增添。这种电机体积小
，速率快
，需要更高的电气频率。

低定子电感的低压无刷DC或交流感应电机越来越多地或专门用于细密应用
，如伺服驱动、数控机床、机械人和公共无人机。为了将电流纹波坚持在合理的规模内
，这些电机——由于其低电感——
，需要高达100kHz的开关频率；相电流纹波与PWM(脉宽调制)开关频率成反比
，在机械中转化为转矩脉动
，爆发振动
，降低驱动精度和效率。

那么工程师为什么不提高开关频率呢？一如工程上一直的原则
，这是一种妥协。逆变器的功率消耗主要包括导通消耗和开关消耗。您可以通过减小开关元件(通常是MOSFET)的尺寸来降低给定事情频率下的开关消耗
，但这将导致传导消耗的增添。

在理想的设计中
，可抵达的最高效率受到半导体开关手艺的限制。使用古板的基于低压48V硅MOSFET的逆变器
，40kHz PWM下的开关消耗可能已经显着高于导通消耗
，而导通消耗组成了总功率消耗的绝大部分。为了散发多余的热量
，需要一个更大的散热器。不幸的是
，这增添了系统本钱、重量和整体解决计划尺寸
，这在空间受限的应用中是不希望的或不可接受的。

氮化镓高电子迁徙率晶体管(HEMT)比硅场效应晶体管有许多优势
，这开发了新的可能性。氮化镓晶体管可以实现更高的dV/dt压摆率
，因此它可以比硅MOSFET开关更快
，从而显著降低开关消耗。氮化镓晶体管的另一个优点是没有反向恢复电荷
，这将导致开枢纽点振铃。表1较量了硅场效应晶体管和氮化镓场效应晶体管。

参数

硅场效应晶体管

钛的甘(HEMT)

注重

元素结构

笔直的

成十字形地

特定无线电数据系统(开)
，区域

10mW-cm2

5-8mW-cm2

传导消耗更低。

大门收费QG

~4nC-W

~1-1.5nC-W

降低栅极驱动器的消耗
，实现更快的开关速率
，降低开关消耗和死区失真。

输出电荷QOSS

~25nC-W

~5nC-W

较低的输出电容可以实现更快的开关速率并镌汰开关电荷损失

反向恢复QRR

~2-15mC-W

没有

零反向恢复可以实现高效的半桥逆变器
，镌汰/消除硬开关中的振铃。

表1:硅功率场效应晶体管和钛氮化镓场效应晶体管的较量(HEMT)

若是用新的氮化镓场效应晶体管完全取代现有的硅场效应晶体管
，利益就会获得享受
，天下就会变得越来越简朴。例如
，在栅极驱动电路和印刷电路板(PCB)结构中实现高转换速率具有奇异的挑战。若是处置惩罚不当
，更高的dV/dt意味着电磁滋扰(EMI)增添。通道间撒播延迟的不匹配将限制可抵达的最佳死区时间
，从而阻止氮化镓场效应晶体管实现其最佳性能。

TI的LMG5200GaN功率级战胜了这些难题
，将两个80v/10a18-m gan场效应晶体管与栅极驱动器集成在统一个未粘合的6mm x 8mm四方扁平无引脚(QFN)封装中。封装引脚接纳低功率环路阻抗设计
，PCB结构简朴。输入为5V TTL和3.3V CMOS逻辑兼容
，典范撒播延迟失配为2ns。这使得可以实现很是短的死区时间
，并降低消耗和输出电流失真。

48V/10A高频脉宽调制三相氮化镓逆变器的参考设计实现了三个LMG5200半桥氮化镓功率？榈腂6逆变器拓扑。图1是简化的框图。参考设计提供了一个TI BoosterPack？榧嫒萁涌
，用于毗连到C2000微控制器(MCU)LaunchPad套件举行性能评估。

图1:高频三相氮化镓逆变器的参考设计

知道这么多理论
，你好奇在实践中能做到多快的切换吗？图2显示了压摆率约为40V/ns的开枢纽点。虽然开关速率超快
，但开枢纽点过冲小于10V。与古板的硅场效应晶体管设计差别
，这需要场效应晶体管的VDS击穿电压和最大允许Vbus电源电压之间有很小的余量。