新的能源要求給逆變器設計帶來新挑戰

逆變器是一種將直流電轉化為交流電的電力裝置，在家電及HVAC系統市場，電機驅動逆變器能夠將低壓直流電轉化為高頻高壓交流電，進而高效地驅動電機。逆變器方案主要由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成，傳統逆變橋主要基于IGBT和MOSFET的解決方案。驅動逆變器是電機驅動系統里的核心部件，逆變器的效率直接影響著設備的能效表現。挑戰在于，目前全球主要國家和地區都在陸續推出更加嚴格的環保法規，隨之而來的是更嚴格的能效標準，已經逐步逼近傳統Si器件的效率極限。

優化逆變器的主要方式有優化逆變器的設計，使用高質量的電子元件和先進的制造工藝，以及改善逆變器的工作環境等。一款高質量的逆變器方案，不僅能夠帶來更高的能效表現，同時也會在外圍器件使用方面得到優化。作為第三代半導體的代表，GaN材料具備出色的擊穿能力、更高的電子密度及速度，和更高的工作溫度。GaN器件在電源轉換方面相對于硅提供了許多優勢，比如低導通和切換損耗以及在高切換頻率下運行的能力，帶來了系統層面在電源轉換效率、改善功率密度和更簡單轉換器拓撲上的優勢。

并且，相較于同為第三代半導體的SiC器件，GaN器件具有更優的成本優勢。因此，在600V以下應用中，使用GaN器件替代傳統Si器件是產業發展的大方向，能夠幫助工程師更好地應對能效挑戰。隨著器件設計方案的更新和優化，未來這一范圍可能擴展到900V，甚至是1000V。

德州儀器發布集成式GaN IPM

為了幫助工程師更好地利用GaN器件，近日，德州儀器發布了一款集成式GaN IPM新品。這款GaN IPM集成德州儀器自有的GaN技術，內含6只GaN器件，可實現99%以上的逆變器效率，能夠優化聲學性能、縮減解決方案尺寸并降低系統成本。

德州儀器集成式GaN IPM新品


德州儀器GaN IPM在電機逆變器中的應用

德州儀器GaN IPM新品的型號為DRV7308，與現有的IGBT和MOSFET的解決方案相比，功率損耗減少了50%。通過下圖能夠看到，DRV7308與IGBT相比具有明顯的效率優勢，其中圖中的紅線為德州儀器DRV7308的具體表現，在250W電機驅動器應用中，基于這款器件的逆變器效率超過了99%，相較于基于IGBT的方案，有明顯的改善。

德州儀器GaN IPM的效率表現DRV7308能夠幫助工程師輕松應對更嚴格的能效標準。德州儀器銷售與市場應用經理Charlie Munoz舉例說，對于HVAC系統而言，新的SEER評級為14，因此要求系統的效率達到85%，以前的標準要求系統的效率僅為80%，工程師可以通過DRV7308的99%高效率來實現系統85%整體效率的要求，且不需要增加電機的成本�；蛘咝�率不變的情況下使用較低成本的電機，因為在這些應用中，電機的成本在整個系統成本中的占比較高。

另外，DRV7308具有更加出色的熱性能，功耗可降低50%，這也是幫助工程師應對家電和 HVAC 系統的能效標準（如SEER、MEPS、Energy Star 和 Top Runner 標準）日益嚴格的有效手段。DRV7308另一個顯著的優勢是小體積。如下圖所示，與250W IGBT解決方案相比，DRV7308 可減小PCB面積。DRV7308采用12mm x 12mm封裝，無需外部散熱器，與同類IPM解決方案相比，電機驅動逆變器印刷電路板 (PCB) 的尺寸可縮減高達55%。

基于DRV7308的小型化方案目前，DRV7308集成式GaN三相電機驅動器IPM支持預量產，現可通過TI.com采購。在未來的產品規劃上，德州儀器系統工程師張宏亮先生 (Hely Zhang)介紹稱，適用于250W電機驅動器應用是德州儀器發展GaN IPM的一個起點，能夠滿足空調的風機、冰箱的壓縮機、機器人電機驅動，以及洗碗機等方面的需求。后續，德州儀器將會規劃更多的GaN IPM產品，以覆蓋更高和更低功率的應用需求。
 

目前，全球主要國家和地區在能效標準方面的要求越來越嚴格，這給家電和HVAC等產品設計帶來了更大的挑戰。德州儀器DRV7308集成式GaN IPM通過超過99%的效率，讓工程師能夠從容應對這些能效標準。同時，DRV7308在器件體積和方案面積方面也很有優勢，能夠順應當前家電和HVAC等產品集成化和小型化的發展趨勢。