德州儀器DRV7308，引領高效電機驅動變革
2024-07-01 08:06:22 EETOP2024年6月18日，德州儀器舉辦的氮化鎵產品發布會上，為大家帶來了德州儀器的新器件 DRV7308 氮化鎵智能功率模塊，EETOP記者應邀出席。TI致力于通過端到端的技術支持和專為高壓驅動系統設計的專業器件系列，助力設計人員在高壓電機應用中實現高效性和高可靠性。德州儀器主攻高壓電機驅動系統，旨在解決客戶面臨的關鍵設計難題。從高壓功率變換到高壓檢測、高壓隔離以及高壓實時控制，TI提供的模擬和嵌入式器件能夠協同工作，簡化高壓系統的設置，并確保在極端惡劣的操作條件下實現卓越的效率、準確性、隔離和控制。
德州儀器的DRV7308是一款集成了六只氮化鎵的先進智能功率模塊IPM，它憑借第三代半導體氮化鎵技術，實現了前所未有的性能突破。工程師利用這款模塊可以實現99%以上的驅動器效率，顯著改善電機驅動系統的發熱問題。與現有的IGBT和MOSFET解決方案相比，DRV7308的功率損耗降低了50%，同時實現了業內較低的死區時間和傳播延遲，支持更高的脈寬調整開關頻率，從而有效減少聽覺噪音和系統振動。
DRV7308的突出特點主要體現在以下三個方面：
一、效率卓越
我們可以清晰地看到紅色部分是集成的六支氮化鎵FET。與基于IGBT和MOSFET的解決方案相比，氮化鎵FET的損耗顯著減少了50%，這一巨大的損耗降低意味著在電力轉換過程中能量的浪費更少，從而提高了整體系統的效率。通過優化導通和開關損耗，TI的氮化鎵智能功率模塊實現了99%的逆變器效率，逆變器效率的提高意味著更多的輸入電力被有效地轉換為輸出電力，進一步減少了能源的浪費。這一數字遠勝于現有的IGBT和MOSFET解決方案。
二、功率密度高，尺寸緊湊
· 傳統的IGBT智能功率模塊需要外部散熱器來散熱，外部散熱器占用了大量的板面和空間，對于緊湊和高效的設計來說是一個不利因素。而TI的氮化鎵智能功率模塊則采用了業內較小的封裝尺寸——12*12毫米，并且擁有更高的效率。因此，它可以在無散熱器的情況下輸出250W的功率。DRV7308不僅尺寸緊湊，還集成了電流檢測放大器和保護功能，這提供了額外的設計和運行優勢。電流檢測放大器可用于精確監控和控制電流，而保護功能則增強了系統的可靠性和安全性。
三、可靠性出眾
電機和驅動器的使用壽命與其工作溫度密切相關。DRV7308的高效率和高集成度設計顯著減少了電機和驅動器的發熱，從而提高了系統的整體可靠性并延長了使用壽命。此外，每個氮化鎵FET的短路保護功能以及電機驅動器的二級電流保護功能也進一步增強了系統的可靠性。
值得一提的是，得益于第三代半導體氮化鎵技術，DRV7308在提高系統功率密度的同時實現了出色的效率，并且無需外部散熱體。這一優勢在實際應用中尤為重要。例如，在暖風空調系統中，新的SEER評級要求系統效率達到85%，而以前的標準僅為80%。現在，通過DRV7308的99%高效率，可以輕松實現系統85%的整體效率要求，而無需增加電機的成本。或者，在保持效率不變的情況下，可以使用成本更低的電機，這在電機成本占比較高的應用中具有顯著的經濟優勢。
下面示例直觀地展示了TI的氮化鎵智能功率模塊和傳統的IGBT智能功率模塊之間的效率比較。在250W的系統效率測試中，使用氮化鎵智能功率模塊的電機逆變器效率在不同負載下提高了1.9%-2.6%。而IGBT電路板則需要額外的散熱器來輔助散熱才能達到其最高工作效率97.2%。相比之下，TI的氮化鎵IPM不僅實現了更高的效率，還無需額外的散熱器。
TI GaN IPM 與 IGBT 效率性能比較
另一張圖（PPT P9）則展示了氮化鎵智能功率模塊在縮小電路板尺寸方面的顯著優勢。由于氮化鎵智能功率模塊具有較高的功率密度、高效性以及集成了眾多外部器件的特點，其電路板的尺寸比傳統的IGBT和MOSFET智能功率模塊的電路板縮小了55%。
與 250W IGBT 解決方案相比，DRV7308 可減小 PCB 面積
DRV7308已經開始小批量生產，并提供評估模塊供客戶測試。需要開始設計的客戶可以通過TI.com購買評估模塊，并查看德州儀器所提供的有關氮化鎵技術的文章和參考設計。
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