EPC23101 IC 在电机驱动逆变器中的功能，EPC 发布了 EPC9173 参考设计。在此板上，三相逆变器的每个半桥均包含两个 EPC23101 IC，其 PWM 信号交叉连接，允许插入源分流器来读取电流，如图 5 所示，其中包含原理图的一部分。

　　通过对低侧开关使用相同的 IC，可以实现平衡半桥逆变器，并且两个开关都可以相对于电源地浮动。这使得源分流器的插入更加容易，避免输入 PWM 信号节点上的接地弹跳。EPC9173 板包含一个过流检测电路，可用作过流或限流功能，具体取决于所需的算法和调制。

　　图 5.  EPC9173 BLDC 逆变器功能框图。图片由 Bodo's Power Systems提供
　　应用领域
　　PWM频率增加和死区时间减少
　　GaN 集成电路和 FET 在电机驱动应用中具有多种优势。容易理解的优点是逆变器尺寸的减小，这是由于 GaN FET 和 IC 的固有尺寸比等效 MOSFET 更小。然而，为了充分利用新技术，以更高的 PWM 频率运行电机，从而减少死区时间 [2]。

　　传统的硅 MOSFET 逆变器受到高开关损耗和换向行为的限制，通常无法在 40 kHz PWM 频率以上运行且死区时间低于 200 ns。基于 GaN 的逆变器在这个意义上不受限制，并且可以提高电机的效率，因为电流纹波减少，欧姆耗散降低（图 6，[4]），并且导致电机振动的扭矩谐波更少 [2]。

　　图 6. 具有 50% 占空比方波电压激励的电机中 PWM 引起的损耗测量值与估计值之间的比较 [4]。图片由 Bodo's Power Systems提供
　　此外，提高开关频率有助于减少输入滤波器并消除对电解电容器的需求。表 2 显示了两个逆变器之间的比较，一个以 20 kHz 运行，500 ns 死区时间，另一个基于 GaN，以 100 kHz 运行，14 ns 死区时间。GaN 逆变器没有输入电感器，仅使用两个陶瓷电容器。两个逆变器在相同的设置和相同的条件下运行，并且电机效率更高，因为在 GaN 逆变器中消除了许多浪费能源的谐波。
　　电机中具有低 L/R 时间常数的应用
　　所有需要高电频率和快速动态的应用，例如无人机螺旋桨和电动自行车踏板电机，都使用非常低电感（个位数 ΩH 范围）的电机。随着通过更好的材料和更高强度的永磁体实现的更高效磁路设计的出现，电磁相的匝数可以减少，但仍然产生相同的反电动势。
　　设置逆变器 20kHz，500 ns 死区时间 400 RPM，5 A RMSGaN 逆变器 100 kHz，14 ns 死区时间 400 RPM，5 A RMS

　

　　永磁无刷电机产生反电动势电压 e，与速度 ω 成正比（e = Ke · ω），并且给定电机可以运行的速度与直流母线电压和电压常数 Ke 直接相关。为了提高速度，有必要通过减少相线圈匝数来降低 Ke，从而按差值的平方减少电感。将电流纹波限制在相电流的 10% 以下是一种良好的设计实践，并且只能通过提高 PWM 频率来实现。
　　电流随时间的上升与电压与电感的比率有关，随着电感的减小，电流上升得更快，PWM感应电流纹波也是如此。减少的电流上升时间和较大的纹波会增加产生的热量并产生额外的 EMI 噪声，这是不希望的。一般来说，这些电机具有较小的时间常数　 τ=LRτ=LR，可以受益于 100 kHz PWM 频率。<br>　　输入电流和电压纹波

　　逆变器中的输入电压纹波 Δv与输出相电流成正比，与 PWM 频率和输入电容成反比，如下式：(1)　Δvin∞1fPWM1相CinΔvin∞1fPWM1相Cin (1)　　

     所需的纹波取决于从直流电源到逆变器的电缆产生的辐射所给出的 EMI 约束。如果PWM频率在20kHz范围内，则实际上只能通过使用体积大且可靠性比陶瓷电容器差的电解电容器来获得所需的输入电容Cin。

　　此外，电解电容器受到流经它们的 RMS 电流的限制，因此需要并联更多电容器，并导致总输入电容比设计所需的电容高出一个数量级以上。当频率增加到 100 kHz 时，设计人员可以使用 X7R 等陶瓷电容器，请记住，作为设计规则，当施加的电压为额定电压的一半时，有效电容会降至指定值的一半。
　　EPC9173 参考设计提供电解电容器和陶瓷电容器，使设计人员有机会选择自己喜欢的开关频率并根据需要添加或删除电容器。
　　梯形调制电动工具
　　许多电动工具应用仍在使用梯形调制方案和相关逆变器原理图。通常，这些应用基于三个霍尔传感器来检测转子位置，分辨率为 60 电度，并且它们具有单个分流器来测量直流母线回路中的电流。六步操作对于 BLDC 驱动器具有许多优势，例如功率利用率和更宽的弱磁区域。
　　然而，由于逆变器输出的利用，电流调节器的饱和使得难以维持瞬时电流控制能力。在大多数传统系统中，它是通过具有逐周期电流限制的电压角控制来实现的，但动态性能并不令人满意。如果在 PWM 周期期间达到电流限制，则供电设备（取决于电流方向）将关闭，直到下一个 PWM 周期。
　　BLDC电机的原理是给相对通电，可以产生的扭矩。为了优化这种效果，反电动势形状被设计为梯形，但实际上，它是具有一些高次谐波的正弦曲线。直流电流与梯形反电动势的结合在理论上可以产生恒定的扭矩。实际上，无法在电机相中瞬时建立电流。因此，每次 60 度换相时都会出现扭矩脉动。
　　采用逐周期限流方案和低电感电机时，PWM 频率越低，电流纹波越高。这反过来会产生热量和不必要的功耗。使用GaN逆变器，采用相同的梯形方案，可以提高PWM频率，然后减少电流纹波，从而获得更高的效率、更少的热量和更少的振动。
　　GaN 电机驱动参考设计 EPC9173 和 EPC9167 配备了一个电流比较器电路，微控制器可以将其输出用作逐周期电流限制的信号，以遵循梯形调制。借助该系统，电动工具设计人员可以测试参考设计，以评估 GaN 在其应用中的优势。