如何设置、设计及正确地驱动GaN功率级

您将用氮化镓（GaN）功率级，Hercules™微控制器和滚轮调暗灯。我将介绍硬件和固件。准备好启动您的焊接设备。

您可以通过多种方式控制GaN功率级。LMG5200 GaN 半桥功率级的 TI 用户指南使用无源元件和分立逻辑门的组合。在这篇文章中，我将描述如何使用Hercules微控制器驱动它。图 1 显示了用于驱动 LMG5200 的 Hercules 模块。

图 1：带死区发生器的大力神 PWM 模块

GaN和大力神功率级是完美的匹配。两者都在工业和汽车应用中表现良好。Hercules脉宽调制（PWM）模块具有专门的硬件来驱动这些信号。死区发生器 （DB） 子模块非常适合生成您需要的死区时间。

设置

图 3 显示了将连接在一起的硬件模块。负载是一个经典灯泡。德州仪器 LMG5200 GaN 评估套件控制灯的功率。旧鼠标的滚轮用作输入。您将使用它来上下调频GaN功率级的输出。

图 3：硬件设置

Hercules LaunchPad将把组件粘合在一起。当您旋转滚轮时，它会使灯更亮或更暗。

设计

想出一个干净的硬件结构并不难，因为您有清晰的功能块（图 4）。逻辑部分是：带有输入（滚轮）和输出（GaN驱动器）的Hercules控制器，以及功率调节：带有输入（LaunchPad）和输出（灯）的GaN驱动器。

图 4：硬件模块

固件也是如此。状态机管理功能，有两个模块：侦听滚轮的旋转功能和与 LMG5200 通信的 GaN 模块。这两个模块都依赖于低级 Hercules 外设驱动程序（图 5）。

图5：固件模块

活动

让我们从输出端开始。第一步是在LaunchPad上生成正确的PWM信号，以控制GaN驱动器。接下来，将GaN评估套件连接到LaunchPad，在此过程中对PCB进行一些更改。最后，插入输入。将鼠标滚轮变成稳定的正交编码器，并将信号集成到固件中。

以正确的方式驱动 LMG5200 GaN 功率级

LMG5200 GaN 半桥功率级对其输入信号有特殊要求。我在上一篇文章中深入介绍了这些信号。关键是创建两个反向PWM信号。在特定点也需要暂停。当信号切换逻辑电平时，您必须在其中一个信号的开关低电平和另一个信号的开关高电平之间等待一小段时间（称为死区时间）。

当低信号高时，高信号应为低信号，反之亦然。但是，您必须在一个信号的下降沿和另一个信号的上升沿之间注入一个小的延迟。两个信号都将在几纳秒内保持低电平。

图 6：具有死区时间的 LMG5200 输入信号

在图 6 中，死区时间是下降沿和上升沿之间的阴影区域。让我们将其与图7进行比较，图<>捕获了Hercules微控制器生成的信号。

图 7：捕获大力神 PWM 和死区时间

图7中的黄色和蓝色迹线是来自Hercules ePWM模块的低信号和高信号。紫色迹线是计算信号（黄色和蓝色），代表死区时间。

示波器的 SUM 函数在这里有很大帮助。您可以使用它来测量死区时间的宽度（两个信号均为低电平时的0V骤降）。同样重要的是，如果您不小心同时将两个信号驱动为高电平（这种情况会破坏您的GaN器件），它将显示为10V峰值。

设置 PWM 信号

您可以使用可视化硬件配置器 HALCoGen 配置 Hercules 微控制器及其模块。启用所需的外围设备，对其进行参数化，然后让 HALCoGen 生成项目。您将获得一个包含完整源代码的可编译项目，并且只需添加两行代码即可获得正在运行的设计。

首先，启用 ePWM 驱动程序。这是将产生两个信号的外设，您将发送到GaN集成电路（IC）。

图 8：启用 PWM

接下来，激活其中一个可用的 PWM 模块并创建 LMG5200 GaN 半桥所需的信号。

图 9：激活 PWM 模块 1

您可以在单个屏幕上配置整个信号，包括死区时间。通过将复选框和值设置为图10所示的值，您的ePWM模块将准备好输出GaN信号。

图 10：配置 PWM 信号和死区时间

我写了一篇关于 element14 的博客文章，解释了每个设置，以及此配置如何为您提供 LMG5200 的完美信号。

让 HALCoGen 为您生成项目源代码，并将这些行添加到 main（） 函数中：

您可以使用 Code Composer Studio™ 软件构建和执行此项目，并且 LaunchPad 已准备就绪。探测ePWM信号，您将获得与图7中的示波器捕获类似的图像。占空比为10%，频率为1MHz。

仅此而已。您已经将LaunchPad变成了可以立即控制GaN驱动程序的设备。

审核编辑：郭婷