如何設置、設計及正確地驅動GaN功率級

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

您可以通過多種方式控制GaN功率級。LMG5200 GaN 半橋功率級的 TI 用戶指南使用無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微控制器驅動它。圖 1 顯示了用于驅動 LMG5200 的 Hercules 模塊。

圖 1：帶死區(qū)發(fā)生器的大力神 PWM 模塊

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

設置

圖 3 顯示了將連接在一起的硬件模塊。負載是一個經(jīng)典燈泡。德州儀器 LMG5200 GaN 評估套件控制燈的功率。舊鼠標的滾輪用作輸入。您將使用它來上下調(diào)頻GaN功率級的輸出。

圖 3：硬件設置

Hercules LaunchPad將把組件粘合在一起。當您旋轉滾輪時，它會使燈更亮或更暗。

設計

想出一個干凈的硬件結構并不難，因為您有清晰的功能塊（圖 4）。邏輯部分是：帶有輸入（滾輪）和輸出（GaN驅動器）的Hercules控制器，以及功率調(diào)節(jié)：帶有輸入（LaunchPad）和輸出（燈）的GaN驅動器。

圖 4：硬件模塊

固件也是如此。狀態(tài)機管理功能，有兩個模塊：偵聽滾輪的旋轉功能和與 LMG5200 通信的 GaN 模塊。這兩個模塊都依賴于低級 Hercules 外設驅動程序（圖 5）。

圖5：固件模塊

活動

讓我們從輸出端開始。第一步是在LaunchPad上生成正確的PWM信號，以控制GaN驅動器。接下來，將GaN評估套件連接到LaunchPad，在此過程中對PCB進行一些更改。最后，插入輸入。將鼠標滾輪變成穩(wěn)定的正交編碼器，并將信號集成到固件中。

以正確的方式驅動 LMG5200 GaN 功率級

LMG5200 GaN 半橋功率級對其輸入信號有特殊要求。我在上一篇文章中深入介紹了這些信號。關鍵是創(chuàng)建兩個反向PWM信號。在特定點也需要暫停。當信號切換邏輯電平時，您必須在其中一個信號的開關低電平和另一個信號的開關高電平之間等待一小段時間（稱為死區(qū)時間）。

當?shù)托盘柛邥r，高信號應為低信號，反之亦然。但是，您必須在一個信號的下降沿和另一個信號的上升沿之間注入一個小的延遲。兩個信號都將在幾納秒內(nèi)保持低電平。

圖 6：具有死區(qū)時間的 LMG5200 輸入信號

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

圖 7：捕獲大力神 PWM 和死區(qū)時間

圖7中的黃色和藍色跡線是來自Hercules ePWM模塊的低信號和高信號。紫色跡線是計算信號（黃色和藍色），代表死區(qū)時間。

示波器的 SUM 函數(shù)在這里有很大幫助。您可以使用它來測量死區(qū)時間的寬度（兩個信號均為低電平時的0V驟降）。同樣重要的是，如果您不小心同時將兩個信號驅動為高電平（這種情況會破壞您的GaN器件），它將顯示為10V峰值。

設置 PWM 信號

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。啟用所需的外圍設備，對其進行參數(shù)化，然后讓 HALCoGen 生成項目。您將獲得一個包含完整源代碼的可編譯項目，并且只需添加兩行代碼即可獲得正在運行的設計。

首先，啟用 ePWM 驅動程序。這是將產(chǎn)生兩個信號的外設，您將發(fā)送到GaN集成電路（IC）。

圖 8：啟用 PWM

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

圖 9：激活 PWM 模塊 1

您可以在單個屏幕上配置整個信號，包括死區(qū)時間。通過將復選框和值設置為圖10所示的值，您的ePWM模塊將準備好輸出GaN信號。

圖 10：配置 PWM 信號和死區(qū)時間

我寫了一篇關于 element14 的博客文章，解釋了每個設置，以及此配置如何為您提供 LMG5200 的完美信號。

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

您可以使用 Code Composer Studio? 軟件構建和執(zhí)行此項目，并且 LaunchPad 已準備就緒。探測ePWM信號，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驅動程序的設備。

審核編輯：郭婷