การเพิ่มประสิทธิภาพตัวควบคุมพลังงานในการควบคุมมอเตอร์อุตสาหกรรมด้วยโมดูล GMR10Dx สำหรับโซลูชันไบอัสหลายเฟส

บทความนี้กล่าวถึงความท้าทายในการออกแบบและข้อควรพิจารณาหลักที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาตัวควบคุมไฟฟ้าหลายเฟสที่เชื่อถือได้และปลอดภัย มันช่วยยกระดับGMR10Dx โมดูลตัวแปลง DC/DC แบบแยกที่มีเอาต์พุตแบบลอยตัว จับคู่กับบริษัท แกนมาร์ เทคโนโลยี โมดูลพลังงานขับสวิตช์ dual wide-bandgap ที่มีการรวมฟังก์ชันสูง การออกแบบและการผลิตโมดูลเหล่านี้ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อตอบสนองความต้องการของระบบในด้านความน่าเชื่อถือ, ความปลอดภัย, EMI และการจัดการความร้อน

ตัวอย่างระบบประกอบจะนำเสนอโดยแสดงให้เห็นอินพุตไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสที่จ่ายไฟให้กับสเตจการแก้ไขค่ากำลังไฟฟ้า (PFC) ตามด้วยโหลดหนักที่ควบคุมด้วยมอดูเลชันความกว้างพัลส์ (PWM) เช่น มอเตอร์ระดับอุตสาหกรรม การออกแบบเน้นไปที่การขับเคลื่อนสวิตช์ GaN แรงดันสูงโดยเฉพาะจาก Infineon (เดิมชื่อ GaN Systems) มอบโซลูชันวงจรที่ใช้งานได้จริง ได้มีการกล่าวถึงข้อจำกัดในวิธีการดั้งเดิมในการขับสวิตช์โทเท็มโพลแบบฮาล์ฟบริดจ์ (HB) และได้มีการสำรวจทางเลือกอื่นๆ ในการควบคุมสวิตช์ทั้งบนและล่าง มีการนำเสนอการออกแบบวงจรภาคปฏิบัติเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่เชื่อถือได้และปลอดภัยพร้อมลดความต้องการพื้นที่ให้เหลือน้อยที่สุด นอกจากนี้ยังครอบคลุมการตรวจจับกระแสแบนด์วิดท์สูงที่มีการสูญเสียต่ำเพื่อลดความซับซ้อนของกระบวนการออกแบบอีกด้วย

สภาพแวดล้อมการออกแบบในปัจจุบันนำเสนอความท้าทายมากมาย เช่น ความจำเป็นในการใช้ฮาร์ดแวร์ที่กะทัดรัด การใช้พลังงานที่ลดลงเพื่อการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้นด้วยการจัดการความร้อนที่เหมาะสมที่สุด และโซลูชันที่คุ้มต้นทุน สิ่งเหล่านี้มีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากมีงบประมาณที่จำกัดและระยะเวลาในการพัฒนาที่สั้นลง เพื่อรับมือกับความท้าทายเหล่านี้ บทความนี้จะแนะนำระบบย่อยมาตรฐานและองค์ประกอบพื้นฐานที่ช่วยให้ทีมออกแบบใช้ประโยชน์จากความเชี่ยวชาญและการปฏิบัติตามข้อกำหนดของผู้ให้บริการระบบย่อย

บทความนี้นำเสนอโซลูชันที่ดีที่สุดสำหรับความท้าทายในการออกแบบเหล่านี้ โดยการใช้ตัวแปลงพลังงานและโมดูลอินเทอร์เฟซของ Ganmar Technologies ซึ่งโมดูลที่จัดให้มีขึ้นจะช่วยให้การพัฒนาระบบไดรฟ์เกตหลายเฟสมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ปัจจัยรูปแบบมาตรฐานช่วยรักษาพื้นที่ที่มีค่าบนเมนบอร์ด

การออกแบบตัวควบคุมไฟฟ้าไบอัสสำหรับระบบไฟฟ้าแรงสูง 3 เฟสทั่วไปโดยใช้ GMR10Dx

หัวข้อนี้จะสรุปข้อควรพิจารณาในการออกแบบเพื่อสร้างตัวควบคุมไฟฟ้าไบอัสในระบบแรงดันไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้าสูงโดยใช้โมดูลตัวแปลง DC/DC GMR10Dx ร่วมกับไฟฟ้าไบอัสโฟลตติ้งเกตไดรฟ์ที่ให้มาโดยโมดูล GMR04B00x ตามที่แสดงในรูปที่ 1a ระบบอาจรวมถึงโหลดหนักที่ควบคุมด้วย PWM เช่น มอเตอร์อุตสาหกรรม โดยรวมสวิตช์หลายตัว และต้องการแรงดันไฟฟ้าอคติหลายตัวสำหรับบล็อกฟังก์ชันที่แตกต่างกัน ด้านล่างนี้เป็นข้อสันนิษฐานที่สำคัญสำหรับการออกแบบ:

• EMI Considerations ระบบจำเป็นต้องมีค่ากำลังไฟฟ้าที่ใกล้เคียงค่าเท่ากับหนึ่ง จึงจำเป็นต้องใช้ PFC
• Start-up Logic: PFC มีโปรเซสเซอร์ซึ่งต้องใช้ลอจิกการเริ่มต้นอิสระสำหรับตัวแปลงไบอัส
• การสูญเสียพลังงาน: การลดการสูญเสียพลังงานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของตัวควบคุมถือเป็นสิ่งสำคัญต่อความน่าเชื่อถือและการลดความซับซ้อนของข้อกำหนดของระบบระบายความร้อน
• การใช้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป: การออกแบบนี้เพิ่มประสิทธิภาพการใช้ส่วนประกอบที่มีอยู่ให้สูงสุด

รูปที่ 1a แสดงการกำหนดค่าระบบโดยรวมเพื่อใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงในการออกแบบในขั้นตอนต่อไป

รูปที่ 1a: ระบบควบคุมโหลดสูงในอุตสาหกรรมสำหรับการปรับตั้งค่าและการเริ่มทำงาน (ที่มาของภาพ: Ganmar Technologies)

อ้างอิงจากแผนผังบล็อกในรูปที่ 1a ส่วนนี้จะเน้นที่การออกแบบ Bias Power Controller และการบูรณาการกับระบบโดยรวม โดยมีการพิจารณาตัวเลือกการออกแบบสำหรับแต่ละฟังก์ชัน ไม่รวม PFC และตัวควบคุม PWM เนื่องจากจำเป็นต้องมีข้อมูลที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นเกี่ยวกับข้อกำหนดของอินเทอร์เฟซระบบเพื่อจัดการกับฟังก์ชันเหล่านี้อย่างทั่วถึง ดังนั้นบทความนี้จะไม่ครอบคลุมส่วนประกอบดังกล่าวโดยละเอียด สันนิษฐานว่าระบบใช้สวิตช์ GaN แรงดันสูง เช่นGS66516T จาก Infineon ถึงแม้ว่าจะมีการหารือถึงข้อควรพิจารณาสำหรับเทคโนโลยีสวิตช์ทางเลือก เช่น SiC หรือสวิตช์ไบโพลาร์ก็ตาม

นอกจากนี้ บทความนี้จะจัดแสดงโมดูลไดรเวอร์เกตลอยแบบขับเคลื่อนด้วยตัวเองที่มีการบูรณาการอย่างสูงจาก Ganmar Technologies โดยเฉพาะ GMR04B00x เครื่องหมาย “x” ในหมายเลขรุ่นระบุตัวเลือกชิปไดรเวอร์เกตคู่ที่มีจำหน่าย ดูข้อมูลจำเพาะและตัวเลือกโดยละเอียดได้ในเอกสารข้อมูลจำเพาะ GMR04B00x

ตัวควบคุมไฟไบอัส

ตัวควบคุมไฟฟ้าไบอัสได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันไฟตกสำหรับค่าอินพุต AC ต่ำ (UVLO) และจะปิดเครื่องโดยไม่ล็อกหากอินพุต AC เกินขีดจำกัดสูงสุดที่ตั้งไว้ (OVLO) เมื่ออินพุต AC อยู่ในค่าการทำงานที่ปลอดภัย โมดูล GRM10Dx จะสร้างเอาต์พุต DC แบบแยกที่แรงดันไฟฟ้าทั่วไป โดยทั่วไปคือ 6V และ 22V ในระบบขนาดใหญ่อาจต้องใช้รูปแบบแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติม รูปที่ 1b แสดงการกำหนดค่าทั่วไปในการรับแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ ใช้เอาท์พุตพลังงานต่ำ 5V เพื่อจ่ายไฟให้กับชิปไดรเวอร์เกตคู่ในโมดูล GMR04B00x โดยเฉพาะ Analog Devices ADUM7223 ดูเอกสารข้อมูล GMR04B00x เพื่อดูตัวเลือกอื่นๆ ที่มีให้เลือก

รูปที่ 1b: รูปแบบวงจรประกอบทั่วไปที่ได้มาจาก GMR10Dx (แหล่งที่มาภาพ: Ganmar Technologies)

โมดูล GMR04B00x จ่ายไฟภายในให้กับด้านโฟล์ตติ้งเพื่อให้มีแรงดันไบอัส 12V จำนวน 2 แรงดัน ด้านสูง 12V (12VH) ทำให้ไดรเวอร์เอาต์พุต VIA สำหรับสวิตช์ไฟบนเกิดไบอัส โดยที่ระดับไดรฟ์เกตอยู่ที่ +5.6V/-5.6V เทียบกับโหนด HBU การกำหนดค่าไดรฟ์แยกแบบเดียวกันนี้จะถูกใช้กับวงจรเฟส V และ W

สำหรับสวิตช์ด้านล่าง จะมีการสร้าง 12VL แยกต่างหากภายในโดยโมดูล GMR04B00x ซึ่งสามารถอ้างอิงกับโหนดส่งคืนพลังงานด้านต่ำของขั้วใดก็ได้ ตัวอย่างเช่นเอาต์พุต VIB ของ ADUM7223 จะถูกแบ่งเป็น +5.6V/-5.6V โดยเครือข่ายสปลิตเตอร์ เพื่อให้แน่ใจว่าสวิตช์ GaN ที่ต่ำกว่าทำงานได้อย่างถูกต้อง

สำหรับสวิตช์ SiC โมดูล GMR04B00x เวอร์ชันอื่นจะจ่ายไฟ 15V, 18V หรือ 22V ซึ่งสามารถตั้งค่าจากโรงงานเพื่อให้เหมาะกับสวิตช์ SiC กำลังสูงต่างๆ ได้ เอาต์พุตของวงจรแยกจะให้ค่าไบอัสแบบจุดลอยตัว ± เพื่อขับเคลื่อนสวิตช์ซิลิกอนคาร์ไบด์ทั้งด้านสูงและด้านต่ำเมื่อเทียบกับโหนดบน HBU/V/W และในทำนองเดียวกันสำหรับโหนดล่างที่มีขั้วใดๆ ก็ตาม ดูเอกสารข้อมูล GMR04B00x เพื่อดูตัวเลือกที่มี

ส่วนตัวควบคุมพลังงานไบอัส พร้อมกับ LDO ที่แสดงในรูปที่ 1b จ่ายพลังงานให้กับโมดูลอินเทอร์เฟซ GRM04B00x อีกสองตัวที่เชื่อมต่อโดยตรงกับเกตที่โหนด V และ W นอกจากนี้เอาต์พุต 22V สามารถจ่ายไฟให้กับตัวควบคุมแอนะล็อก ส่วนดิจิตอล และชิป I/O บนบอร์ดของผู้ใช้ผ่าน LDO ได้ สำหรับความต้องการพลังงานที่สูงขึ้น ผู้ใช้สามารถปรึกษาได้หมายเหตุการใช้งาน เพื่อขอคำแนะนำในการเชื่อมต่อแบบคู่ขนานกับโมดูล GMR10Dx

ปัญหาการสตาร์ทอัพ

การจัดหาแหล่งจ่ายไฟที่เสถียรให้กับโปรเซสเซอร์ดิจิทัลก่อนที่จะใช้งานได้ถือเป็นสิ่งสำคัญ ต้องใช้การควบคุมไบอัสจากแหล่งจ่ายไฟที่เป็นอิสระจาก PFC วงจรแปลงพลังงาน Ganmar ใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ AC สูงถึง 18 วัตต์ ซึ่งส่งผลต่อความสัมพันธ์ของเฟสของอินพุต AC เพียงเล็กน้อย โมดูล GMR10DX รองรับช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุต 100V_DC ถึง 320V_DC ครอบคลุมช่วงการใช้งานทั่วไปแบบออฟไลน์

สำหรับแรงดันไฟฟ้าแหล่งกำเนิดที่สูงกว่าที่มักพบในการใช้งานกำลังไฟสูง โดยที่เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าอาจสร้างแรงดันไฟฟ้าได้สูงถึง 380V โปรดปรึกษาฝ่ายสนับสนุนทางเทคนิคของ Ganmar สำหรับตัวเลือกอื่นภายในซีรีย์ GMR10Dx

รูปที่ 2 แสดงวงจรเรียงกระแสแบบสะพาน 6 ไดโอดทั่วไปที่เหมาะสำหรับการสตาร์ทระบบด้วยโมดูลนี้ เมื่ออินพุต AC เกินประมาณ 42V_{อาร์เอ็มเอส} (60 หรือ 400Hz) ส่งผลให้มีแรงดันไฟฟ้า 200V_DC เอาต์พุตจากสะพานด้วยตัวเก็บประจุขนาดเล็ก 10µF โมดูลจะเริ่มผลิตเอาต์พุตด้วยความล่าช้าสูงสุด 70ms ภายใต้สภาวะโหลดต่ำ ความล่าช้านี้ถือว่ายอมรับได้ เนื่องจากไม่มีบล็อกระบบอื่นใดที่ใช้พลังงานในระหว่างการเริ่มต้นทำงาน

ระหว่างเหตุการณ์ชั่วคราว หากอินพุต AC ทำให้เอาต์พุตของตัวแปลงกระแสไฟฟ้าแบบบริดจ์ไดโอด 6 ตัวเกินช่วงการทำงานที่ปลอดภัยของโมดูลตัวแปลง โมดูลจะปิดลงจนกว่าแรงดันไฟฟ้าที่แปลงแล้วจะกลับมาอยู่ในระดับที่ปลอดภัย นอกจากนี้ คุณสมบัติการป้องกันไฟตกแรงดันต่ำจะทำงานหากแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไขแล้วลดลงต่ำกว่า 100V

รูปที่ 2: ใช้กำลังไฟฟ้าสูงสุด 18W จากอินพุต AC โดยตรงเพื่อสตาร์ทอัพและการสร้างไบอัส (แหล่งที่มาภาพ: Ganmar Technologies)

การกรองอินพุต

โมดูลการสวิตช์ไฟฟ้า เช่น GRM10Dx มีลักษณะความต้านทาน "เชิงลบ" ต่อแหล่งจ่ายไฟอินพุต คุณลักษณะนี้จำเป็นต้องมีการออกแบบตัวกรองอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจถึงความเสถียรที่อินเทอร์เฟซ แม้ว่าการออกแบบรายละเอียดของตัวกรองอินพุตจะครอบคลุมอย่างครอบคลุมในรายงานและเอกสารเผยแพร่ต่างๆ แต่บทความนี้ให้ภาพรวมสั้นๆ เกี่ยวกับคุณลักษณะอินพุตของโมดูล GRM10Dx

สำหรับโหลดกำลังคงที่ 15W ทั่วไปอันเกิดจากการขับเคลื่อน GaN ด้วยแรงดันไฟฟ้าของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า 200V และประสิทธิภาพ 0.85 อิมพีแดนซ์เทียบเท่าจะคำนวณได้เป็น |200²/(15/η)| ส่งผลให้มีค่าประมาณ 3.14k? ค่าอิมพีแดนซ์นี้ค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับค่าอิมพีแดนซ์ของแหล่งกำเนิด จึงทำให้สามารถบายพาสตัวกรองที่จำเป็นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ขอแนะนำให้ติดตั้งตัวเก็บประจุลดแรงสั่นสะเทือน 10µF/400V ไว้ใกล้กับโมดูล GRM10Dx ซึ่งโมดูลนี้ประกอบด้วยตัวเก็บประจุ 0.47µF เพื่อจัดการกับกระแสไฟสูงสุดทันทีจากการสวิตช์ภายใน ค่าความต้านทานอนุกรมเทียบเท่า (ESR) ของตัวเก็บประจุภายนอกไม่ใช่สิ่งสำคัญ โดยต้องให้ตัวกรอง PFC หลักมีการหน่วงที่เพียงพอ

Ganmar Technologies ยังนำเสนอโมดูลวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์อินพุต AC รุ่นเก่าพร้อมฟิวส์และฟิลเตอร์ EMI เพื่อการบูรณาการที่ง่ายดายกับโมดูล GRM10Dx สิ่งนี้ทำให้กระบวนการเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ AC ง่ายขึ้น สำหรับรายละเอียดเกี่ยวกับการรวมโมดูลนี้ โปรดติดต่อฝ่ายสนับสนุนทางเทคนิคของ Ganmar

การกำหนดไบอัสของไดรเวอร์

รูปที่ 3 : การเชื่อมต่อ 3 เฟส (แหล่งที่มาภาพ: Ganmar Technologies)

รูปที่ 4: โมดูล GMR10D000 (แหล่งที่มาภาพ: Ganmar Technologies)

รูปที่ 3 และ 4 แสดงแผนผังและภาพถ่ายของ GMR10D000 โมดูลตัวแปลง DC/DC แบบแยกที่สามารถจ่ายไฟได้ 15 วัตต์พร้อมเอาต์พุตคู่ V_OUT1 โดยทั่วไปจะให้ 6.5 V ที่ 3 W ในขณะที่ V_OUT2 ให้กำลังไฟ 22 V ที่ 12 W เอาต์พุตทั้งสองจะถึงสถานะคงที่ภายใน 10 มิลลิวินาที หัวข้อนี้จะอธิบายวิธีการเชื่อมต่อฟังก์ชันต่างๆ ตามที่แสดงในรูปที่ 1 เข้ากับอุปกรณ์ GMR10Dx เพื่อให้ได้ฟังก์ชันการทำงานและประสิทธิภาพตามต้องการ

รูปที่ 5: แผนผังฟังก์ชันด้านการขับเคลื่อนโมดูล (แสดงด้วย GMR10D005) (แหล่งที่มาภาพ: Ganmar Technologies)

รูปที่ 5 แสดงให้เห็นการเชื่อมต่อโมดูลของโมดูล GMR10Dx หลายโมดูลเพื่อให้ทำงานของตัวควบคุมไฟไบอัส ในส่วนนี้จะมีคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับการใช้ GMR04B008 ในบริบทของบล็อก HS-U โมดูลอื่นๆ ทั้งสองสามารถจำลองได้อย่างง่ายดายโดยเชื่อมต่อผลตอบแทนอ้างอิงที่สอดคล้องกับโหนดที่เกี่ยวข้อง

รูปที่ 6: แผนผังภายใน GMR04B00x พร้อมกำลังเกตลอยและระบบขับเคลื่อนโดยตรง (ที่มาของภาพ: Ganmar Technologies)

รูปที่ 6 แสดงให้เห็นความพร้อมใช้งานของพลังงาน 22V เมื่อเทียบกับโหนด GNDS "กราวด์" ที่มีการอ้างอิงกันทั่วไป

ข้อกำหนดอินเทอร์เฟซสเตจกำลัง

ตามที่แสดงในรูปที่ 6 โดยทั่วไปแนะนำให้ใช้แรงดันไฟฟ้าไบอัสลบเพื่อปิดอุปกรณ์ไฟฟ้า GaN ในระบบ GaN โดยเฉพาะในระบบโทโพโลยีแบบฮาร์ดสวิตชิ่งที่กระแสไฟฟ้าเกิน 30 A รูปที่ 7 แสดงแผนภาพประกอบ (ขอขอบคุณ Infineon Webinar) เพื่อสาธิตแนวทางนี้

รูปที่ 7: ผลของ V_EE เกี่ยวกับการปิดไดนามิก (แหล่งรูปภาพ: Infineon)

การใช้งานและคุณลักษณะการเปิด/ปิด การนำตัวแยกสัญญาณของโมดูลมาใช้กับอุปกรณ์ Infineon ช่วยให้มั่นใจถึงแรงดันไฟฟ้าเปิดและปิดที่มีประสิทธิภาพในขณะที่ลดการสูญเสียจากการเปลี่ยนสถานะให้น้อยที่สุด รูปแบบคลื่นไดรฟ์แยกและ GS66xx ของ Infineon การออกแบบช่วยเพิ่มประสิทธิภาพควบคู่ไปกับการออกแบบหม้อแปลงที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งช่วยลดจุดสูงสุดของเสียงริงก์ในระหว่างกระบวนการปิด GS66xx

เปิด/ปิด

หากต้องการเปิดใช้งานโดยสมบูรณ์ จำเป็นต้องใช้ไดรฟ์เกต 5.6 V พร้อมเหนี่ยวนำปรสิตขั้นต่ำและการเชื่อมโยงแบบเก็บประจุระหว่างโหนดและรอยทางในการสลับที่ละเอียดอ่อน การปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้จำหน่าย GaN สำหรับการวางและการเดินสายวงจรที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญ

ในระหว่างการปิดเครื่อง แรงดันไฟฟ้าเกต-แหล่ง (V_{จีเอส} ) ควรต่ำกว่าค่าแรงดันเกณฑ์ (V) อย่างมาก_ไทย ) โดยมีระดับอ้างอิงประมาณ 0 V ในวงจรที่กล่าวถึงที่นี่ บทความนี้ถือว่ามีการใช้ IC ไดรเวอร์เกต ADUM7223 จาก Analog Devices สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าการล็อกแรงดันไฟขาออกของไดรเวอร์ (UVLO) คือ 5 V ซึ่งเหมาะสำหรับไดรฟ์เกต 5.6 V ที่อุปกรณ์ GaN ต้องการ การสูญเสียพลังงานโดยไดรเวอร์สำหรับ GaN นี้สามารถคำนวณได้โดยใช้เอกสารข้อมูลของไดรเวอร์:

โดยถือว่ามีการสวิตช์ 250 kHz และค่าด้านล่าง A P_D สามารถคำนวณได้ดังนี้:

การกำหนดค่าไดรเวอร์ส่งผลให้มีการสูญเสียพลังงาน 100 mW ซึ่งอยู่ในขีดความสามารถของโมดูล GMR10Dx และ GMR04B00x โมดูล GMR10Dx สามารถจ่ายพลังงานได้มากกว่าที่ไดรเวอร์ต้องการอย่างมาก ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะมีแหล่งจ่ายไฟที่ทนทานต่อการทำงาน

การตั้งค่า HV GaN สำหรับไดรเวอร์

โมดูล GMR10Dx จ่ายแรงดันไฟฟ้าไบอัสที่จำเป็นสำหรับไดรเวอร์ GaN ทั้งตัวบนและตัวล่างในรูปแบบ Half-Bridge (HB) รูปที่ 8 แสดงการเชื่อมต่อไดรเวอร์ GaN จากตัวแยกสัญญาณ

การอ้างอิงค่าไบอัสที่ถูกต้องถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อป้องกันพฤติกรรมการสวิตช์ที่ไม่แน่นอนและความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ GaN ผู้ใช้ควรปฏิบัติตามแนวปฏิบัติและคำแนะนำที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูล GaN และหมายเหตุการใช้งานที่เฉพาะเจาะจงเพื่อให้แน่ใจว่าใช้งานได้ถูกต้องและปลอดภัย สามารถดูคำแนะนำเพิ่มเติมได้ในเอกสารสรุปการใช้งานของเอกสารข้อมูลโมดูล GMR04Bx Dual Direct Driver Integrated

รูปที่ 8: การจัดเรียงเสาโทเท็มและการกำหนดค่าฮาล์ฟบริดจ์แบบคลาสสิกโดยมีการเชื่อมต่อไดรฟ์แยกโดยตรงกับสวิตช์ GaN (แหล่งที่มาภาพ: Ganmar Technologies)

โมดูล GMR04B00x จ่ายแรงดันโฟล์ตติ้งไบอัสที่จำเป็นสำหรับไดรเวอร์สวิตช์เกต GaN ด้านบน โดยไม่จำเป็นต้องใช้วงจรเพิ่มเติม เช่น ตัวเก็บประจุบูตสแตรปแบบบินได้ เพื่อสร้างแรงดันไฟไบอัสที่ต้องการ

ด้วยโมดูล GMR04B00x แรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์เกตลอยสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับเกตของสวิตช์ GaN ทั้งบนและล่าง ช่วยให้ไดรฟ์เกตมีเสถียรภาพ ±5.6 V แนวทางนี้ช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบโดยไม่ต้องให้ตัวควบคุมสลับอุปกรณ์ส่วนล่างเพื่อสร้างไบอัสสำหรับไดรเวอร์เกตด้านบน

การใช้โมดูล GMR04B00x ช่วยให้สามารถบรรลุแรงดันไฟฟ้าไดรฟ์เกตตามต้องการสำหรับสวิตช์ GaN ทั้งบนและล่าง โดยไม่ต้องมีความซับซ้อนและมีส่วนประกอบเพิ่มเติมที่จำเป็นสำหรับวิธีการเพิ่มแรงดันแบบอื่น

แผนการบูตสแตรปแบบเดิมดังที่แสดงในรูปที่ 9 มีข้อเสียหลายประการ รวมถึงความจำเป็นสำหรับส่วนประกอบเพิ่มเติม เช่น ไดโอดและตัวเก็บประจุแบบไม่มีขั้ว ซึ่งอาจต้องมีการปรับค่าตามข้อกำหนดเฉพาะของ GaN หรืออุปกรณ์อื่น ปัญหาในการเริ่มต้นธุรกิจและการขาดอคติที่เข้มงวดถือเป็นข้อกังวลสำคัญในการดำเนินการตามแนวทางนี้ นอกจากนี้ แผนการบูตสแตรปแบบเดิมไม่เข้ากันกับโหนด HB ไบโพลาร์

รูปที่ 9: แผนภาพไบอัสเกตโฟล์ตติ้งไดรเวอร์แบบเดิม (แหล่งที่มาภาพ: Ganmar Technologies)

ในทางตรงกันข้าม การจัดวางที่กะทัดรัดของโมดูล GMR10Dx และ GMR04B00x พร้อมกับส่วนขยายที่เกี่ยวข้องนั้น เน้นย้ำถึงข้อได้เปรียบด้านการประหยัดพื้นที่ ซึ่งทำให้เป็นโซลูชันที่ใช้งานได้จริงสำหรับการใช้งานที่ต้องการการสร้างไบอัสที่มีประสิทธิภาพและการอ้างอิงที่ถูกต้อง

การตรวจจับกระแสไฟฟ้า

รูปที่ 10 และรูปที่ 11 แสดงให้เห็นการผสานรวมการตรวจจับกระแสไฟฟ้าโดยใช้ตัวต้านทานชันท์กับโมดูล GMR10Dx และ GMR04B00x ตัวต้านทานแบบชันท์มักใช้เพื่อวัดและตรวจสอบกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจร การวางตัวต้านทานเหล่านี้ในตำแหน่งที่เหมาะสมในเส้นทางกระแสไฟฟ้า จะทำให้สามารถวัดแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานได้ และนำไปใช้คำนวณกระแสไฟฟ้าได้

ในบริบทของโมดูล GMR ตัวต้านทานแบบตรวจจับกระแสจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับโหลดหรือโมดูลตรวจจับกระแสแยกแบนด์วิดท์สูง รูปแบบนี้ช่วยให้การตรวจจับและการตรวจสอบกระแสไฟฟ้าแม่นยำ โมดูล GMR ให้แรงดันไฟและกำลังไฟไบอัสโฟล์ตติ้งหรืออ้างอิงกราวน์ที่จำเป็นเพื่อรองรับระบบการตรวจจับกระแสไฟฟ้า รับประกันการวัดที่เชื่อถือได้และแม่นยำ

การรวมการตรวจจับกระแสไฟฟ้าเข้าไว้ในการออกแบบระบบช่วยให้ผู้ใช้สามารถรวบรวมข้อมูลอันมีค่าเกี่ยวกับระดับกระแสไฟฟ้าและตรวจสอบประสิทธิภาพของวงจรหรือระบบได้ สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการใช้งานที่ต้องการการควบคุมหรือการป้องกันกระแสไฟฟ้าที่แม่นยำ เช่น การควบคุมมอเตอร์ ระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลัง หรือระบบพลังงานหมุนเวียน

รูปที่ 10: การตรวจจับกระแสตัวต้านทานชันท์แบบเดิม (ที่มาของภาพ: Ganmar Technologies)

รูปที่ 11: การตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่ไม่สูญเสียพลังงาน GMRCS000 (แหล่งที่มาภาพ: Ganmar Technologies)

Ganmar Technologies นำเสนอโมดูล GMRCSN000 และ GMRCSP000 ในรูปแบบโซลูชันเซนเซอร์กระแสไฟฟ้าแบบกะทัดรัด แยกส่วน และไม่กระจายกระแสไฟ โมดูลเหล่านี้มีการตรวจจับกระแสไฟฟ้าแบบแยกแบนด์วิดท์สูงโดยไม่ต้องใช้ตัวต้านทานแบบชันท์เพิ่มเติมในเส้นทางกระแสไฟฟ้า วิธีนี้ช่วยลดการสูญเสียพลังงานและทำให้การออกแบบง่ายขึ้น

โมดูล GMRCSN000 และ GMRCSP000 ตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรและมีขั้วเอาต์พุต 2 ขั้ว ได้แก่ 0 ถึง +Vsense และ -Vsense ถึง 0 ช่วงเอาต์พุตเหล่านี้เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อโดยตรงกับ ADC (ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล) ของตัวควบคุมแบบฝังตัว หรือสำหรับตัวควบคุมแอนะล็อกที่ใช้ในการใช้งาน PFC แบบไม่มีบริดจ์

การใช้โมดูล GMRCSN000 หรือ GMRCSP000 ช่วยลดความซับซ้อนในการตรวจจับกระแสไฟฟ้า ประหยัดพื้นที่บอร์ดที่มีค่า และรับรองการวัดกระแสไฟฟ้าที่แม่นยำและแยกส่วน หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโมดูลเหล่านี้และหมายเลขชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้อง โปรดติดต่อฝ่ายสนับสนุนด้านเทคนิคของ Ganmar Technologies เพื่อขอความช่วยเหลือและคำแนะนำการผสานรวมโดยละเอียด

สรุป

บทความนี้มีรายละเอียดเกี่ยวกับแนวทางการออกแบบอย่างครอบคลุมสำหรับการเริ่มระบบและการกำหนดไบอัสโดยใช้โมดูล GMR10Dx และ GMR04B00x ร่วมกับสวิตช์ GaN แรงดันไฟฟ้าสูงและกำลังไฟสูง โดยเน้นไปที่สวิตช์ GaN จาก Infineon ซึ่งมักใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น มอเตอร์ 3 เฟส อินเวอร์เตอร์ 3 เฟส และเครื่องชาร์จ EV ระดับ 3

การออกแบบนี้มีข้อดีหลายประการเหนือวิธีการเดิมๆ รวมถึงความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น ความกะทัดรัด และประสิทธิภาพ โมดูล GMR10Dx และ GMR04B00x มอบโซลูชันที่หลากหลายและแข็งแกร่งสำหรับการเริ่มระบบและการกำหนดไบอัส พร้อมทั้งให้การเชื่อมต่อโดยตรงกับเกตของสวิตช์เหล่านี้

นอกจากนี้ บทความยังได้แนะนำโมดูล GMRCSN000 และ GMRCSP000 ซึ่งเป็นโซลูชันการตรวจจับกระแสไฟฟ้าแบบไม่สูญเสียพลังงานแบบกะทัดรัด พร้อมด้วยความสามารถในการส่งออกที่ยืดหยุ่น โมดูลเหล่านี้ช่วยลดความซับซ้อนในการใช้งานการตรวจจับกระแสไฟฟ้า และให้การวัดกระแสไฟฟ้าที่แยกไว้อย่างแม่นยำ

การใช้ประโยชน์จากแนวทางการออกแบบและโซลูชันที่นำเสนอในบทความนี้ ช่วยให้นักออกแบบสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบที่ใช้สวิตช์ GaN ได้อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ พวกเขายังสามารถได้รับประโยชน์จากความเชี่ยวชาญและการสนับสนุนที่มอบให้โดย Ganmar Technologies