用 Hercules 開發(fā)套件來控制 GaN 功率級——第 1 部分

今天的博文是一個動手操作項目：你將用一個氮化鎵 (GaN) 功率級、一個Hercules? 微控制器和一個滾輪來調(diào)節(jié)一盞燈的亮度。我將會談到其中的硬件和固件。先給你的焊接設(shè)備充上電，我們馬上開始。

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你可以用很多種方法來控制GaN功率級。針對LMG5200 GaN半橋功率級的TI用戶指南使用了一個無源組件和分立式邏輯門的組合。在這篇博文中，我將會討論到如何用一個Hercules微控制器來驅(qū)動它。圖1顯示的是將用來驅(qū)動LMG5200的Hercules模塊。

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圖1：具有死區(qū)發(fā)生器的Hercules PWM模塊

GaN與Hercules功率級是天生的一對兒。它們在工業(yè)和汽車應(yīng)用中都能發(fā)揮很好的作用。Hercules脈寬調(diào)制 (PWM) 模塊具有專門的硬件來驅(qū)動這些信號。死區(qū)發(fā)生器 (DB) 子模塊非常適合于生成你所需要的死區(qū)時間。

設(shè)置??????????????????????????????????????????

圖3顯示的是將連接在一起的硬件模塊。負載是一個常見的燈泡。一個德州儀器 (TI) LMG5200 GaN評估套件控制進入燈泡的電力。一個舊鼠標(biāo)的滾輪作為輸入。你將用這個滾輪來控制GaN功率級輸出的上升和下降。

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圖3：硬件設(shè)置

Hercules LaunchPad將把這些組件合并在一起。當(dāng)你旋轉(zhuǎn)滾輪時，燈光會變亮或變暗。

設(shè)計

由于你有很明確的功能塊（圖4），所以很難得出一個潔凈的硬件結(jié)構(gòu)。以下是邏輯部件：具有輸入（滾輪）和輸出（GaN驅(qū)動器）的Hercules控制器，以及功率調(diào)節(jié)：具有輸入 (LaunchPad) 和輸出（燈泡）的GaN驅(qū)動器。

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圖4：硬件模塊

對于固件來說也是如此。一個狀態(tài)機管理功能，并且有兩個模塊：一個監(jiān)聽滾輪的旋轉(zhuǎn)功能驅(qū)動器模塊，以及一個與LMG5200進行通信的GaN模塊。兩個模塊都依靠低電平Hercules外設(shè)驅(qū)動器運轉(zhuǎn)（圖5）。

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圖5：固件模塊

操作

我們先來看看輸出端。第一步是在LaunchPad上生成正確的PWM信號，以控制GaN驅(qū)動器。下一步，將GaN評估套件連接至LaunchPad，在連接路徑上對PCB進行某些更改。最后，插入輸入。將鼠標(biāo)滾輪變?yōu)榉€(wěn)定的正交編碼器，并且將這些信號集成到固件中。

正確驅(qū)動LMG5200 GaN功率級

LMG5200 GaN半橋功率級對于其輸入信號有特別的需要。我已經(jīng)在上一篇博文中詳細介紹了這些信號。關(guān)鍵是創(chuàng)建2個相反的PWM信號。在特定點上還需要一個暫停。當(dāng)你的信號切換邏輯電平時，你必須在調(diào)低一個與調(diào)高另外一個之間等待很短的一段時間（被稱為死區(qū)時間）。

當(dāng)?shù)碗娖叫盘枮楦唠娖綍r，高電平信號應(yīng)該為低電平，反之亦然。不過，你必須在一個信號的下降邊緣和另外一個信號的上升邊緣之間插入一個小延遲。兩個信號將在幾納秒的時間內(nèi)均為低電平。

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圖6：具有死區(qū)時間的LMG5200輸入信號

在圖6中，死區(qū)時間是下降和上升邊緣之間的陰影區(qū)域。讓我們將其與圖7比較一下，圖7中顯示的是所捕獲的由Hercules微控制器生成的信號。

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圖7：Hercules PWM和死區(qū)時間的捕獲圖

圖7中黃色和藍色的跡線是來自Hercules ePWM模塊的低電平和高電平信號。紫色跡線是經(jīng)計算得出的信號（黃色和藍色），代表的是死區(qū)時間。