由于對高效和緊湊的電機驅動應用的需求不斷增長，EPC設計了EPC9176板，采用eGaN IC，可實現真空吸塵器逆變器的最大性能。EPC9176采用3個EPC23102 eganic。這種板是一種三相逆變器，能夠提供無散熱器的13ARMS和帶散熱器的18 ARMS，使IC的溫升低于50°C。EPC9176板支持高達250khz的pwm開關頻率。

本文是關于如何使用 EPC9176 評估板設計真空吸塵器電機驅動逆變器的應用筆記，主要介紹了 EPC9176 評估板的設計原理、功能特點及實驗驗證結果。

1. 設計動機 ：因高效緊湊電機驅動應用需求增長，EPC 設計了 EPC9176 板。它采用 eGaN IC，在真空吸塵器逆變器中能實現高性能，其由三個 EPC23102 eGaN IC 構成三相逆變器，無散熱器時能提供 13 電流，有散熱器且 IC 溫升低于 50°C 時可達 18 ，并支持高達 250 kHz 的 PWM 開關頻率。

2. 系統概述

• 電路組成 ：包含基于六個 EPC23102 eGaN IC 的三相逆變器、直流鏈路電容器、穩壓輔助電源、電壓電流溫度傳感器及調理電路、保護功能等。控制器連接器 J60 用于連接外部數字微控制器單元，開關單元對稱布局，通過分流電阻測量相輸出電流，電機連接的每相都有傳感電阻，還可通過 J80 連接電機軸編碼器或霍爾效應傳感器，其輸出濾波信號經 J60 傳至微控制器。

• 直流鏈路電容作用 ：平衡電源和逆變器間瞬時功率波動，穩定高頻開關電路引起的紋波。因高開關頻率可降低所需電容值，所以采用陶瓷和鉭電容，用戶可定制以適應不同開關頻率條件下的最佳濾波。

3. eGaN IC 特性

• 電氣性能優勢 ：氮化鎵器件技術電子遷移率高、溫度系數低。EPC23102 eGaN IC 的典型漏源導通電阻 在 25°C 時為 5.2 mΩ，其橫向結構和無本征體二極管特性使柵極電荷 極低，反向導通時反向恢復電荷 為零。與類似 的 MOSFET 相比，開關損耗小 5 倍，能以更高 PWM 頻率和更短死區時間運行。

• 封裝優勢 ：同一芯片上的高側和低側器件及直接焊接到印刷電路板上的方式，使共源寄生電感近乎為零，小尺寸封裝能在較小面積內放置三個 EPC23102，實現高功率密度。

4. 設計細節

• 電壓電流檢測 ：功率級 eGaN IC 最大電壓 ，dv/dt 優化至小于 10 V/ns。每相電機電流通過 1.0 mΩ 的分流電阻雙向檢測，分流電壓經 50 V/V 增益放大并添加 1.65 V 偏移，放大器帶寬 400 kHz。放大后的信號用于檢測過流以激活保護電路，過流信號（OCPn）會傳至微控制器 J60。直流電源電壓和每相電壓通過電阻分壓器網絡測量，總增益為 29.2 mV/V。

• 溫度檢測 ：逆變器板上的溫度傳感器（U40 - AD590）通過特定公式 將與溫度成正比的電壓反饋至 J60 連接器，并通過紅外相機對 EPC23102 外殼頂部溫度測量進行了特性表征。

5. 實驗驗證 ：EPC9176 功率板配置為三相 BLDC 電機驅動逆變器，與 EPC9147C（電機驅動控制器接口板 - STMicroelectronics STM32G431RB Nucleo）結合，采用無傳感器 FOC 算法和空間矢量脈寬調制（SVPWM）控制 25.2 V 真空吸塵器電機，逆變器開關 PWM 設為 80 kHz，死區時間 50 ns。實驗展示了電機在 50 krpm 運行時的相電流波形，還表明在 80 kHz PWM 頻率下輸入電壓和電流紋波減小，可按需選擇電容類型。

6. 結論 ：EPC9176 是為真空吸塵器應用設計的 48 V 輸入、400 W 輸出的評估板，集成了驅動三相 BLDC 電機所需電路。憑借 eGaN 的高功率密度和高導電性，在自然對流被動散熱且溫升低于 50°C 時性能優異，提升了電機驅動系統的電流輸出波形質量、減少扭矩振蕩并提高系統效率。
   

系統概述逆變板包括支持一個完整的吸塵器電機驅動逆變器所需的所有功能電路，如下所述：
?基于6個EPC23102 eGaN ic的三相逆變器；
?直流鏈路電容器；
?穩壓輔助電源；
?帶調理電路的電壓、電流和溫度傳感器；
?保護功能
逆變板的圖片如圖1所示

控制器連接器（J60）將EPC9176信號與外部數字微控制器單元連接起來。
開關單元以對稱布局布置。相位輸出電流通過分流電阻測量。每個相位都有與電機連接相對應的感應電阻。此外，兼容的電機軸編碼器或霍爾效應傳感器可以通過連接器j80連接到EPC9176電機控制驅動逆變器，輸出濾波信號可用于連接器J60上的微控制器。[1]內置過流檢測電路，當發生過流（OC）時觸發；OC信號通過J60連接器發送到微控制器。直流鏈路電容器平衡電源和逆變器之間波動的瞬時功率交換，以穩定逆變器高頻功率開關電路引起的紋波。高開關頻率允許降低所需的電容值。因此，直流鏈路由陶瓷和鉭電容實現，用戶可以定制EPC9176，以在高開關頻率和低開關頻率工作條件下找到最佳濾波。

EPC9176配備有專用散熱器，用于自然對流冷卻，如圖2所示。

散熱器接地，并安裝在一層薄絕緣材料的頂部，以防止與其他具有外露引腳導體的組件短路。熱界面材料（TIM）放置在eGaN IC上方，以提高芯片與連接的散熱器之間的界面熱傳導。此板使用的TIM為t-Global型號：TG-A6200 x 0.5毫米，導熱率為6.2 W/m·K。

電機驅動逆變器的eGaN IC選擇epc9176是由三個epc23102 eGaN IC組成的三相逆變器。氮化鎵器件技術具有極高的電子遷移率和低溫系數。EPC23102 eGaN IC具有典型的漏源通阻RDS(on) 5.2 mΩ（@25°C）。此外，eGaN器件的橫向結構和沒有固有體二極管提供了一個非常低的柵極電荷QG和零反向恢復電荷QRR，當反向感應操作時。與具有類似arrds （on）的mosfet相比，eGaN fet的開關損耗小五倍，因此逆變器可以在更高的pwm頻率下工作，死區時間更短。eGaN ic的封裝允許接近零的共源寄生電感，在同一芯片上具有高側器件和低側器件，以及通過將芯片直接焊接到印刷電路板上的功率環路寄生電感。占地面積小，可以在相對較小的面積內在電路板中插入三個EPC23102，從而提供高功率密度。EPC23102的占用空間如圖3所示。