GaN 技術(shù)的三個(gè)重要的參數(shù)是更高的帶隙、臨界場(chǎng)和電子遷移率。當(dāng)這些參數(shù)結(jié)合起來時(shí)，由于 GaN 晶體的臨界場(chǎng)高 10 倍，因此與硅 MOSFET 相比，電端子之間的距離可以近 10 倍。這導(dǎo)致了 GaN 和硅之間的明顯區(qū)別：中壓 GaN 器件可以基于平面技術(shù)構(gòu)建，而這對(duì)于硅器件來說成本高昂。為了具有競(jìng)爭(zhēng)力，硅器件采用垂直技術(shù)制造，這使得在同一芯片中實(shí)際上不可能有兩個(gè)功率器件。EPC 的 GaN-on-Si 平面技術(shù)沒有必須垂直構(gòu)建的限制，

    從分立橫向 eGaN FET 器件開始，EPC 迅速轉(zhuǎn)向更高集成度。2019 年，ePower Stage IC 系列產(chǎn)品重新定義了功率轉(zhuǎn)換，將所有必需的電源片上系統(tǒng)功能集成到單個(gè) GaN-on-Si IC 中，并以更高的電壓和更高的頻率水平（超出了硅的范圍）。近，即 2021 年，EPC23101 與 EPC2302 功率級(jí)芯片組組合被推向市場(chǎng)（圖 2）。EPC23101 是一款額定電壓為 100V 的單片組件，集成了輸入邏輯接口、電平轉(zhuǎn)換、自舉充電和柵極驅(qū)動(dòng)緩沖電路，以及高側(cè) 2.6mΩ 典型 R DS(on) GaN 輸出FET。EPC23101 IC 僅需要一個(gè)外部 5V (V DRV） 電源。內(nèi)部低側(cè)和高側(cè)電源V DD和V BOOT是通過串聯(lián)開關(guān)和同步自舉開關(guān)從外部電源生成的。通過將 EN 引腳連接到 V DRV可以禁用內(nèi)部電路以降低靜態(tài)功耗。

    

    圖 3：EPC9173 BLDC 逆變器功能框圖

  

    圖 2：EPC23101 與 EPC2302 GaN IC 芯片組組合框圖
    帶有 EPC23101 的 EPC9173 電機(jī)驅(qū)動(dòng)參考設(shè)計(jì)
    為了展示 EPC23101 IC 在電機(jī)驅(qū)動(dòng) GaN 逆變器中的功能，EPC 發(fā)布了 EPC9173 參考設(shè)計(jì)。在該板上，三相 GaN 逆變器的每個(gè)半橋由兩個(gè) EPC23101 IC 組成，其 PWM 信號(hào)交叉連接，允許插入源分流器來讀取電流，如圖 3 和部分原理圖所示。通過對(duì)低側(cè)開關(guān)使用相同的 IC，可以實(shí)現(xiàn)平衡半橋 GaN 逆變器，并且兩個(gè)開關(guān)都可以相對(duì)于電源地浮動(dòng)。這使得源分流器的插入更加容易，避免輸入 PWM 信號(hào)節(jié)點(diǎn)上的接地彈跳。EPC9173 板包含一個(gè)過流檢測(cè)電路，可用作過流或限流功能，具體取決于所需的算法和調(diào)制。
    GaN逆變器IC的應(yīng)用
    PWM 頻率增加和死區(qū)時(shí)間減少GaN IC 和 FET 在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中帶來了多種優(yōu)勢(shì)。容易理解的優(yōu)點(diǎn)是逆變器尺寸的減小，這是由于 GaN FET 和 IC 的固有尺寸比等效 MOSFET 更小。然而，為了充分利用新技術(shù)，以更高的 PWM 頻率運(yùn)行電機(jī)，從而減少死區(qū)時(shí)間。