【产品】面向电池供电电机驱动应用的氮化镓基1.5kW逆变器，开关波形干净且易于管理dv/dt

时间： 2021-09-14 来源：EPC

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氮化镓晶体管及集成电路可提高电机驱动应用的功率密度。利用最佳布局方法，从桥臂分流器或相内分流器均可获得无振铃输出开关波形和干净的电流重建信号。

许多应用诸如仓库自主机器人和精益生产线协作机器人，都要求每个电机的逆变器具有高功率能力且小巧轻便。这给设计师带来了挑战，因为要实现最优的功率、尺寸和重量会相互矛盾。在电池供电应用中，每立方英寸的占用空间和每减少一克的重量，都可以延长两次电池充电之间的运行时间。宜普电源转换公司的氮化镓场效应晶体管可帮助设计人员提高和应对功率密度的挑战。

EPC推出的80 V、2.2 mΩ EPC2206 氮化镓场效应晶体管（GaN FET）是母线电压低于 70 V_DC 应用的最佳选择（见图1）。在电机驱动器中，PWM 频率通常保持在 50 kHz 以下、死区时间在 500 纳秒以上。在这些情况下，开关 R_DSON 是设计人员关注的主要参数。第二个要考虑的参数是热容量，特别是器件结-壳热阻 R_θ_jc。传统基于 MOSFET 的解决方案中，每个开关包含一个或多个并联的器件且采用 5 mm x 6 mm 或 10 mm x 10 mm封装，如图 1 所示。

EPC9145 是一款电机驱动评估板，除用于控制电机的微控制器以外，包含EPC2206 及所需部件。其最大母线电压为70 V_DC 、最大相电流为 25 A_RMS。电机控制器可选用市场上现有产品且可以使用合适的EPC 公司配对板进行连接。图 2从左到右展示的，依次是控制连接器、用于将电压和电流反馈到外部微控制器的信号调理电路、陶瓷电容器组、带桥臂分流器和相电流采样电阻的三相逆变器，以及电机连接器。

dv/dt 开关波形

EPC9145 PCB 已按照 EPC 推荐的最佳布局进行布局，见图 4，以确保最低的功率回路电感。主要标准是观察元件放置的对称性，并将整个高频路径置于顶层和第一层内。对于 EPC9145，布局稍微复杂一些，如图 3 所示，因为高频功率环路有桥臂分流器。

HF电容器由9个 0603封装的220 nF电容并联，以降低高频下的总电感。相同的原理适用于 1mΩ桥臂分流传感器，由4个0805 宽体 SMD 4 mΩ电阻器组成。如图 5 所示，V 相的开关节点在上升沿和下降沿都随时间摆动。

图 5 展示捕获的所有波形，因此最大 dv/dt 清晰可见。没有发现电压过冲，dv/dt 显然在典型电机驱动应用范围内。细心的读者会发现死区时间设置为 50 ns（2.5 格）。

相电流感测与桥臂分流器的比较

在用于电机驱动的逆变器中使用分立式 eGaN FET 或 GaN ePower^TM 级 IC 时，通常将相电流分流器与隔离（功能型或电流型）IC 一起使用，该 IC 可从开关阶段的共模中提取分流电阻器上的低压差分信号。这种方法的优点是让用户可以在整个 PWM 周期内连续获取相电流信号，但在开关事件期间除外，此时信号可能受相 dv/dt 的影响。然而，与桥臂分流传感相比，相电流分流解决方案的较高成本和较低带宽可能不利于在电机驱动中采用 GaN 逆变器。

EPC9145 为用户提供了测试两种解决方案并决定哪种解决方案最适合其应用的机会。事实上，每个开关单元都有相内 1 mΩ 分流器和 1 mΩ 桥臂分流器。两个电路的放大增益（20 倍）、偏移和极性均相同，因此用户可以将一个或另一个传感方案连接到外部微控制器，而无需更改任何固件。如图 5 所示，在下侧桥臂中插入分流器，不会对开关产生不利影响。

如图 6 所示为两种电流测量方法的比较，以及从连接在逆变器输出端的电流探头获得的信号。当相电压高时，桥臂分流器的信号为零，输出放大器的中心电压为 1.65 V；当相电压较低时，流经相内分流器的电流也流经支路分流器，因此两个放大信号重叠。传统的磁场定向控制算法测量相内低压脉冲中间的电流（图 6 中用两颗星表示），因此，只需改变 EPC9145 板上三个跳线的位置，就可以使用两个信号钟的任何一个。

精确电流检测的布局规范

EPC9145 展示了将分流电阻器采集到的低压信号由功率板走线到放大器直至微控制器连接器的良好做法。主要标准是在分流器上进行开尔文测量，使走线尽可能靠近，并通过布线层上下各层上的模拟接地平面进行屏蔽，如图 7 所示。另一个好的做法是将数字接地和电源接地与模拟地分开并将它们连接在远离功率回路路径的一个单点上。

不带散热器

在带有磁滞制动器的电机工作台中测试 EPC9145 时，相内电流采样和桥臂电流采样均进行了分析。 17.5 A_RMS、60 V_DC 下的电流和电压波形如图 8 所示。

图 9 显示了没有散热器且没有空气对流的 EPC2206 时PCB温度分布。此时母线电压60 V_DC 、电流为10 A_RMS，与环境温度的差异为 30℃。有散热器和没有空气对流的测试正在进行中，结果将很快在电路板快速入门指南中报告。

100 kHz 操作的好处

基于 eGaN 的逆变器可以轻松地在 100 kHz 下运行。优点是当 PWM 频率增加时输入电压和电流纹波会减少，允许用户去除电解电容，而只需使用更小、更轻、更可靠的陶瓷电容。 EPC9145 的顶部表面装有陶瓷电容，底部装有电解电容。顶层和底层都有空焊盘，因此用户可以焊接或取下电容并自行试验和判断，以找到优化重量、尺寸和热性能的最佳工作点。

结论

许多电池供电的电机应用正在从传统的Si MOSFET、低PWM频率转向可以在更高PWM频率下运行的GaN逆变器，并在不牺牲整体系统效率的情况下带来减小尺寸和重量的优势。通过适当的栅极驱动和最佳布局，开关波形干净且易于管理dv/dt。

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stiutk Lv8. 研究员 2021-10-04

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119 Lv7. 资深专家 2021-09-27

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用户76361986 Lv4. 资深工程师 2021-09-24

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新生物 Lv8. 研究员 2021-09-24

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EEric Lv7. 资深专家 2021-09-22

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zwjiang Lv9. 科学家 2021-09-20

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2024/1/3 - EPC - 选型指南代理服务技术支持采购服务

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EPC提供增强型氮化镓半桥功率晶体管/增强型功率晶体管/功率晶体管的选型：配置：Dual Common Source、Dual with Sync Boot、Half Bridge、Half Bridge Driver IC、HS FET + Driver + Level Shift、Single、Single - AEC Q101、Single – Rad Hard、Single with Gate Diode、Single with Gate Diode – AEC-Q101、Dual Common Source - AEC Q101，VDS最大值（V）：15~350V；VGS最大值（V）：5.75~7V

Max RDS(on) (mΩ) @ 5 VGS

Enhancement Mode Power Transistor

选型表 - EPC 立即选型

面向USB-C PD快速充电器的氮化镓场效应晶体管（eGaN®FET）和集成电路应用简介

描述- 本文介绍了面向USB-C PD快速充电器的氮化镓场效应晶体管（eGaN®FET）和集成电路的应用。这些器件通过微型化、高效率和出色的散热性能，实现了快充所需的最高功率密度和小尺寸。文章详细阐述了eGaN®技术的优势，包括低功耗、小尺寸、高散热效率以及无反向恢复等，并提供了相关器件型号和配置的详细信息。

型号- EPC2212,EPC2010C,EPC2059,EPC2034C,EPC9003C,EPC2215,EPC2218,EPC2016C,EPC2019,EPC2052,EPC2051,EPC2032,EPC2053,EPC9047,EPC2033,EPC9062,EPC9048C,EPC2204,EPC2207,EPC9010C,EPC2007C,EPC9078,EPC9035,EPC2045,EPC9014,EPC2022,EPC9097,EPC90123,EPC9098,EPC9099,EPC9092,EPC9093,EPC90124,EPC9091,EPC9006C

2024/8/27 - EPC - 应用及方案代理服务技术支持采购服务

【IC】EPC提供100V GaN FET助力实现更小的电机驱动器，用于电动自行车、机器人和无人机

EPC推出三相BLDC电机驱动逆变器参考设计EPC9194，工作输入电源电压范围为14V~60V，可提供高达60Apk的输出电流。此电压范围和功率使该解决方案非常适合用于各种三相BLDC电机驱动器，包括电动自行车、电动滑板车、无人机、机器人和直流伺服电机。

2023-11-07 - 产品代理服务技术支持采购服务

【经验】氮化镓场效应晶体管如何融合激光雷达技术，实现极具性价比脉冲激光驱动电路开关

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2022-06-07 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

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型号- EPC2212,EPC2057,EPC2214,EPC2059,EPC9003C,EPC2215,EPC2218,EPC2016C,EPC2019,EPC2052,EPC2051,EPC2053,EPC9046,EPC9047,EPC90155,EPC2029,EPC9010C,EPC2021,EPC2020,EPC9014,EPC2022,EPC9097,EPC9098,EPC9099,ЕPC2218,EPC9092,EPC9093,EPC9050,ЕPC2215,EPC9091,EPC9006C,EPC2036,EPC2010C,EPC9001C,EPC2034C,EPC2032,EPC2031,EPC2033,EPC9061,ΕPC2059,EPC9062,EPC2203,EPC9048C,EPC2202,EPC2204,EPC2015C,EPC2207,EPC2206,EPC2007C,EPC9034,EPC9078,EPC9035,EPC2045,EPC90122,EPC90123,EPC9033,EPC90124

2024/6/11 - EPC - 应用及方案代理服务技术支持采购服务

【视频】EPC发挥其GaN技术优势，将帮助实现高效能电机驱动应用和DC/DC转换器

型号- EPC9173,EPC2302,EPC2304,EPC2306,EPC2305,EPC2308,EPC2307,EPC23102

EPC - 商品及供应商介绍代理服务技术支持采购服务

EPC GaN FET助力DC/DC转换器实现功率密度和效率基准

EPC GaN FET与Analog Devices驱动器和控制器相结合，为客户简化氮化镓基设计、提高其效率、降低散热成本、助力计算、工业和消费类应用的DC/DC转换器实现最高功率密度。

2024-02-29 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【元件】使用EPC新款50V GaN FET设计更高功率密度的USB-C PD应用，尺寸仅为1.8 mm²

EPC推出了50V、8.5mOhm的EPC2057 GaN FET，尺寸仅为1.5mm x 1.2mm，为USB-C PD应用提供了更高的功率密度。加利福尼亚州埃尔塞贡多—2024年6月—EPC是增强型氮化镓(GaN) 功率FET和IC的全球领导者，推出了50V、8.5mΩ的EPC2057。该GaN FET专为满足高功率USB-C设备的不断发展需求而设计，包括消费电子、车载充电和电动出行设备。

2024-06-26 - 产品代理服务技术支持采购服务

【元件】EPC推出首款具有最低1mΩ导通电阻的GaN FET EPC2361，采用紧凑型QFN封装（3mmx5mm）

EPC推出采用紧凑型QFN封装(3mmx5mm)的100V、1mOhm GaN FET(EPC2361)，助力DC/DC转换、快充、电机驱动和太阳能MPPT等应用实现更高的功率密度。

2024-02-29 - 产品代理服务技术支持采购服务

用于无刷直流（BLDC）电机的氮化镓场效应晶体管和集成电路应用简介

型号- EPC2212,EPC2059,EPC2215,EPC9193HC,EPC2252,EPC90156,EPC90153,EPC9040,EPC2102,EPC2101,EPC9147C,EPC2302,EPC2104,EPC2103,EPC2106,EPC2304,EPC2105,EPC2306,EPC2305,EPC90151,EPC2065,EPC90152,EPC9057,EPC9179,EPC90150,EPC9173,EPC9097,EPC90145,EPC90142,EPC9098,EPC9176,EPC9055,EPC90143,EPC9099,EPC90148,EPC90146,EPC90147,EPC9147A,EPC9147B,EPC2619,EPC2039,EPC23101,EPC2071,EPC23102,EPC23103,EPC23104,EPC90140,EPC2152,EPC9146,EPC9186,EPC90137,EPC2308,EPC2307,EPC2204,EPC2207,EPC2206,EPC9038,EPC9039,EPC9034,EPC2361,EPC2088,EPC9037,EPC90122,EPC90123,EPC90120,EPC9193,EPC90124,EPC9194

2024/3/7 - EPC - 应用及方案代理服务技术支持采购服务查看更多版本

用于无刷直流（BLDC）电机的氮化镓场效应晶体管和集成电路应用简介

型号- EPC2212,EPC2059,EPC2215,EPC2252,EPC9167,EPC90153,EPC9040,EPC2102,EPC2101,EPC9147C,EPC2302,EPC2104,EPC2103,EPC2106,EPC2304,EPC2105,EPC2306,EPC2305,EPC2065,EPC90151,EPC9167HC,EPC90152,EPC9057,EPC9179,EPC90150,EPC9173,EPC9097,EPC90145,EPC90142,EPC9098,EPC9176,EPC9055,EPC90143,EPC9099,EPC90148,EPC90146,EPC90147,EPC9147A,EPC9147B,EPC2619,EPC2039,EPC23101,EPC2071,EPC23102,EPC23103,EPC23104,EPC90140,EPC2152,EPC9146,EPC9186,EPC90137,EPC2308,EPC2307,EPC2204,EPC2207,EPC2206,EPC9038,EPC9039,EPC9034,EPC2088,EPC9037,EPC90122,EPC90123,EPC90120,EPC90124,EPC9194

2023/10/13 - EPC - 应用及方案代理服务技术支持采购服务

用于无刷直流（BLDC）电机的氮化镓场效应晶体管和集成电路应用简介

2023/9/7 - EPC - 应用及方案代理服务技术支持采购服务

用于无刷直流（BLDC）电机的氮化镓场效应晶体管和集成电路应用简介

型号- EPC2212,EPC2059,EPC2215,EPC2252,EPC9167,EPC90153,EPC9040,EPC2102,EPC2101,EPC9147C,EPC2104,EPC2302,EPC2103,EPC2106,EPC2304,EPC2105,EPC2306,EPC2305,EPC2065,EPC9167HC,EPC9057,EPC9179,EPC90150,EPC9173,EPC9097,EPC90145,EPC90142,EPC9098,EPC9176,EPC9055,EPC90143,EPC9099,EPC90148,EPC90146,EPC90147,EPC9147A,EPC9147B,EPC2619,EPC2039,EPC23101,EPC2071,EPC23102,EPC90140,EPC2152,EPC9146,EPC90137,EPC2308,EPC2307,EPC2204,EPC2207,EPC2206,EPC9038,EPC9039,EPC9034,EPC2088,EPC9037,EPC90122,EPC90123,EPC90120,EPC90124

2023/1/25 - EPC - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持采购服务

用于无刷直流（BLDC）电机的氮化镓场效应晶体管和集成电路应用简介

型号- EPC2212,EPC2059,EPC2215,EPC9167,EPC90153,EPC9040,EPC2102,EPC2101,EPC9147C,EPC2104,EPC2302,EPC2103,EPC2106,EPC2304,EPC2105,EPC2306,EPC2305,EPC2065,EPC9167HC,EPC9057,EPC90150,EPC9173,EPC9097,EPC90145,EPC90142,EPC9098,EPC9176,EPC9055,EPC90143,EPC9099,EPC90148,EPC90146,EPC90147,EPC9147A,EPC9147B,EPC2619,EPC2039,EPC23101,EPC2071,EPC23102,EPC90140,EPC2152,EPC9146,EPC90137,EPC2308,EPC2307,EPC2204,EPC2207,EPC2206,EPC9038,EPC9039,EPC9034,EPC2088,EPC9037,EPC90122,EPC90123,EPC90120,EPC90124

2023/1/11 - EPC - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持采购服务

用于无刷直流（BLDC）电机的氮化镓场效应晶体管和集成电路应用简介

型号- EPC2212,EPC2059,EPC2215,EPC2218,EPC9167,EPC90153,EPC9040,EPC2102,EPC2101,EPC9147C,EPC2104,EPC2302,EPC2103,EPC2106,EPC2105,EPC2306,EPC2065,EPC9167HC,EPC9057,EPC9173,EPC9097,EPC90145,EPC90142,EPC9098,EPC9176,EPC9055,EPC9099,EPC90148,EPC90146,EPC90147,EPC9147A,EPC9147B,EPC2619,EPC2039,EPC23101,EPC2071,EPC23102,EPC2152,EPC9146,EPC90137,EPC2308,EPC2204,EPC2207,EPC2206,EPC9038,EPC9039,EPC9034,EPC9037,EPC90122,EPC90123,EPC90120,EPC90124

2022/11/29 - EPC - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持采购服务

用于无刷直流（BLDC）电机的氮化镓场效应晶体管和集成电路应用简介

型号- EPC2212,EPC2059,EPC2215,EPC2218,EPC9167,EPC2053,EPC9040,EPC2102,EPC2101,EPC9147C,EPC2104,EPC2302,EPC2103,EPC2106,EPC2105,EPC2306,EPC2065,EPC2021,EPC9167HC,EPC9057,EPC2022,EPC9173,EPC9097,EPC90145,EPC90142,EPC9098,EPC9176,EPC9055,EPC9099,EPC90148,EPC9093,EPC90146,EPC90147,EPC9147A,EPC9147B,EPC2034C,EPC2039,EPC23101,EPC2071,EPC23102,EPC2152,EPC9146,EPC90137,EPC2308,EPC9048C,EPC2204,EPC2207,EPC9038,EPC9039,EPC9034,EPC9078,EPC9035,EPC2045,EPC9037,EPC90123,EPC90120,EPC90124

2022/10/20 - EPC - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持采购服务

用于无刷直流（BLDC）电机的氮化镓场效应晶体管和集成电路应用简介

描述- 本资料介绍了eGaN® FETs和ICs在无刷直流（BLDC）电机驱动应用中的关键特性和优势。主要内容包括：eGaN®技术相比硅MOSFET具有更小尺寸、零反向恢复、低开关损耗、鲁棒性等特性；适用于医疗机器人、机器人、电动滑板车、工业无人机、伺服驱动器等应用；提供400W电机驱动解决方案；推荐用于BLDC电机的相关器件。

型号- EPC2212,EPC2059,EPC2215,EPC2218,EPC9167,EPC2053,EPC9040,EPC2102,EPC2101,EPC9147C,EPC2104,EPC2302,EPC2103,EPC2106,EPC2105,EPC2306,EPC2065,EPC2021,EPC9167HC,EPC9057,EPC2022,EPC9173,EPC9097,EPC90145,EPC90142,EPC9098,EPC9055,EPC9099,EPC9093,EPC90146,EPC90147,EPC9147A,EPC9147B,EPC2034C,EPC2039,EPC23101,EPC2071,EPC23102,EPC2152,EPC9146,EPC90137,EPC9048C,EPC2204,EPC2207,EPC9038,EPC9039,EPC9034,EPC9078,EPC9035,EPC2045,EPC9037,EPC90123,EPC90120,EPC90124

2022/9/7 - EPC - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持采购服务

用于无刷直流（BLDC）电机的氮化镓场效应晶体管和集成电路应用简介

描述- 本资料介绍了eGaN® FETs和ICs在无刷直流（BLDC）电机驱动应用中的关键特性和优势。主要内容包括：eGaN®技术相比硅MOSFET具有更小尺寸、零反向恢复、低开关损耗、耐短路应力等特性；适用于医疗机器人、机器人、协作机器人、电动滑板车、工业无人机、伺服驱动器、电动自行车等应用；提供400W电机驱动解决方案，包括EPC2152和EPC9147A等组件；推荐用于BLDC电机的相关器件和配置。

型号- EPC2212,EPC2059,EPC2215,EPC2218,EPC9167,EPC2053,EPC9040,EPC2102,EPC2101,EPC9147C,EPC2104,EPC2302,EPC2103,EPC2106,EPC2105,EPC2065,EPC2021,EPC9167HC,EPC9057,EPC2022,EPC9173,EPC9097,EPC90142,EPC9098,EPC9055,EPC9099,EPC9093,EPC90146,EPC90147,EPC9147A,EPC9147B,EPC2034C,EPC2039,EPC23101,EPC2071,EPC23102,EPC2152,EPC9146,EPC90137,EPC9048C,EPC2204,EPC2207,EPC9038,EPC9039,EPC9034,EPC9078,EPC9035,EPC2045,EPC9037,EPC90123,EPC90120,EPC90124

2022/8/10 - EPC - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持采购服务

用于无刷直流（BLDC）电机的氮化镓场效应晶体管和集成电路应用简介

描述- 本资料介绍了eGaN® FETs和ICs在无刷直流（BLDC）电机驱动应用中的关键特性和优势。主要内容包括：eGaN®技术相比硅MOSFET具有更小尺寸、零反向恢复、低开关损耗、鲁棒性等特性；适用于医疗机器人、机器人、协作机器人、电动滑板车、工业无人机、伺服驱动器、电动自行车等应用；提供400W电机驱动解决方案和多种参考设计板；推荐了适用于BLDC电机的多种eGaN®器件。

型号- EPC2212,EPC2059,EPC2215,EPC2218,EPC9167,EPC2053,EPC9040,EPC2102,EPC2101,EPC2104,EPC2302,EPC9147C,EPC2103,EPC2106,EPC2105,EPC2065,EPC2021,EPC9167HC,EPC9057,EPC2022,EPC9097,EPC90142,EPC9098,EPC9055,EPC9099,EPC9093,EPC90146,EPC9147A,EPC9147B,EPC2034C,EPC2039,EPC23101,EPC2071,EPC2152,EPC9146,EPC90137,EPC9048C,EPC2204,EPC2207,EPC9038,EPC9039,EPC9034,EPC9078,EPC9035,EPC2045,EPC9037,EPC90123,EPC90120,EPC90124

2022/5/6 - EPC - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持采购服务

用于无刷直流（BLDC）电机的氮化镓场效应晶体管和集成电路应用简介

描述- 本资料介绍了基于eGaN®技术的无刷直流（BLDC）电机驱动解决方案。该方案采用高效功率转换技术，具有以下特点：尺寸小、开关损耗低、抗短路能力强、集成度高，适用于医疗机器人、机器人和协作机器人、电动滑板车、工业无人机、伺服驱动器和电动车等领域。资料还提供了400W电机驱动器参考设计，包括电路图和推荐器件列表。

型号- EPC2212,EPC2059,EPC2034C,EPC2039,EPC2215,EPC2218,EPC23101,EPC2152,EPC9167,EPC2053,EPC9146,EPC90137,EPC9040,EPC2102,EPC2101,EPC9147C,EPC2104,EPC2302,EPC9048C,EPC2103,EPC2106,EPC2105,EPC2204,EPC2207,EPC9038,EPC9039,EPC2065,EPC2021,EPC9034,EPC9078,EPC9167HC,EPC9057,EPC9035,EPC2045,EPC2022,EPC9037,EPC9097,EPC90123,EPC90120,EPC90142,EPC9098,EPC9055,EPC9099,EPC9093,EPC90124,EPC9147A,EPC9147B

2022/2/22 - EPC - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持采购服务

氮化镓电机驱动逆变器的进步彻底改变了农业应用的无人机

描述- 本文探讨了氮化镓（GaN）功率器件在农业无人机中的应用，特别是其在三相电机驱动逆变器中的应用。文章指出，GaN器件的低RDS(on)和每片面积电容与硅MOSFET相比，使得设计出更小、更轻的逆变器成为可能。此外，GaN器件的优异开关和热性能使得PWM频率的提高成为可能，同时保持低温升，从而在逆变器中实现最小或无效率损失。通过实验评估，GaN逆变器在效率方面优于传统MOSFET逆变器，有助于延长无人机飞行时间。

型号- EPC9193,EPC9194,EPC2088

December 2023 - EPC - 应用及方案代理服务技术支持采购服务