工程師為什么不增加開關(guān)頻率？資料下載

與開關(guān)模式電源不同，三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器通常使用低開關(guān)頻率；只有幾萬赫茲。大功率電機(jī)尺寸較大，具有高電感繞組；因此，即使在低開關(guān)頻率下，電流紋波也是可以接受的。隨著電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，功率密度增加；電機(jī)的外形尺寸變小，速度更快，需要更高的電頻率。 具有低定子電感的低壓無刷直流或交流感應(yīng)電機(jī)越來越多地或?qū)ｉT用于伺服驅(qū)動(dòng)、CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)控）機(jī)器、機(jī)器人和公用無人機(jī)等精密應(yīng)用中。為了將電流紋波保持在合理范圍內(nèi)，這些電機(jī)——由于其低電感——要求高達(dá)100kHz的開關(guān)頻率；相電流紋波與PWM（脈沖寬度調(diào)制）開關(guān)頻率成反比，并轉(zhuǎn)換為機(jī)械中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，產(chǎn)生振動(dòng)，降低驅(qū)動(dòng)精度和效率。 那么工程師為什么不增加開關(guān)頻率呢？正如工程中的一貫原則，這是一種折衷的做法。逆變器的功率損耗主要包括傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗。您可以通過減小開關(guān)元件（通常為MOSFET）的尺寸來降低給定工作頻率下的開關(guān)損耗，但這會(huì)導(dǎo)致傳導(dǎo)損耗增加。 在理想設(shè)計(jì)中，最高可實(shí)現(xiàn)效率受到半導(dǎo)體開關(guān)的技術(shù)的限制。使用傳統(tǒng)的基于低壓48V硅MOSFET的逆變器，40kHz PWM下的開關(guān)損耗可能已明顯高于傳導(dǎo)損耗，從而構(gòu)成了整體功率損耗的絕大部分。為了耗散多余的熱量，需要更大的散熱器。不幸的是，這增加了系統(tǒng)成本、重量和解決方案總尺寸，這在空間受限的應(yīng)用中是不期望的或不可接受的。 氮化鎵（GaN）高電子遷移率晶體管（HEMT）具有優(yōu)于硅MOSFET的多種優(yōu)勢，開辟了新的可能性。GaN晶體管可以實(shí)現(xiàn)高得多的dV/dt壓擺率，因此可以比硅MOSFET更快地切換，從而顯著降低開關(guān)損耗。GaN晶體管的另一個(gè)優(yōu)勢是沒有反向恢復(fù)電荷，傳統(tǒng)硅MOSFET設(shè)計(jì)的反向恢復(fù)電荷會(huì)導(dǎo)致開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴。表1比較了硅FET和GaN FET。 參數(shù) Si-FET TI的GaN (HEMT) 備注 元件結(jié)構(gòu) 豎向 橫向 具體 RDS(ON),?面積 >10mW-cm2 5-8mW-cm2 更低的傳導(dǎo)損耗。 柵極電荷QG ~4nC-W ~1-1.5nC-W 降低柵極驅(qū)動(dòng)器損耗，實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度，降低開關(guān)損耗和死區(qū)失真。 輸出電荷QOSS