使用 Hercules? LaunchPad? 開發(fā)套件控制 GaN 功率級 – 第 1 部分
我們將使用氮化鎵 (GaN) 功率級、Hercules? 微控制器和滾輪調(diào)暗一盞燈。我將介紹硬件和固件。準備好啟動我們的焊接設(shè)備。
我們可以通過多種方式控制 GaN 功率級。LMG5200 GaN 半橋功率級的TI 用戶指南使用無源元件和分立邏輯門的組合。在這篇文章中，我將描述如何使用 Hercules 微控制器來驅(qū)動它。圖 1 顯示了我們將用于驅(qū)動 LMG5200 的 Hercules 模塊。
圖 1：帶死區(qū)發(fā)生器的 Hercules PWM 模塊
GaN 和 Hercules 功率級是完美的搭配。兩者都在工業(yè)和汽車應(yīng)用中發(fā)揮出色。Hercules 脈寬調(diào)制 (PWM) 模塊具有專門的硬件來驅(qū)動這些信號。死區(qū)生成器 (DB) 子模塊非常適合生成我們需要的死區(qū)時間。
設(shè)置
圖 3 顯示了我們將連接在一起的硬件模塊。負載是一個經(jīng)典的燈泡。德州儀器 (TI) LMG5200 GaN 評估套件控制燈的電源。舊鼠標的滾輪用作輸入。我們將使用它來上下吸收 GaN 功率級的輸出。
圖 3：硬件設(shè)置
Hercules LaunchPad 將組件粘合在一起。當(dāng)我們轉(zhuǎn)動滾輪時，它會使燈的亮度變亮或變暗。
設(shè)計
想出一個干凈的硬件結(jié)構(gòu)并不難，因為我們有清晰的功能塊（圖 4）。有邏輯部分：帶有輸入（滾輪）和輸出（GaN 驅(qū)動器）的 Hercules 控制器，以及功率調(diào)節(jié)：帶有輸入（LaunchPad）和輸出（燈）的 GaN 驅(qū)動器。
圖 4：硬件模塊
固件也是如此。狀態(tài)機管理功能，有兩個模塊：一個監(jiān)聽滾輪的旋轉(zhuǎn)功能和一個與 LMG5200 對話的 GaN 模塊。這兩個模塊都依賴于低級 Hercules 外設(shè)驅(qū)動程序（圖 5）。
圖 5：固件模塊
活動
讓我們從輸出端開始。第一步是在 LaunchPad 上生成正確的 PWM 信號來控制 GaN 驅(qū)動器。接下來，將 GaN 評估套件連接到 LaunchPad，在此過程中對 PCB 進行一些更改。最后，插入輸入。將鼠標滾輪轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的正交編碼器，并將信號集成到固件中。
以正確的方式驅(qū)動 LMG5200 GaN 功率級
LMG5200 GaN 半橋功率級對其輸入信號有特殊要求。我在前一篇文章中深入介紹了這些信號。關(guān)鍵是創(chuàng)建兩個反向 PWM 信號。在特定點也需要暫停。當(dāng)我們的信號切換邏輯電平時，我們將不得不在一個開關(guān)的低電平和另一個開關(guān)的高電平之間等待一小段時間（稱為死區(qū)時間）。
當(dāng)?shù)托盘枮楦邥r，高信號應(yīng)為低，反之亦然。但是我們必須在一個信號的下降沿和另一個信號的上升沿之間注入一個小的延遲。兩個信號都會低幾納秒。
圖 6：具有死區(qū)時間的 LMG5200 輸入信號
在圖 6 中，死區(qū)時間是下降沿和上升沿之間的陰影區(qū)域。讓我們將其與圖 7 進行比較，圖 7 捕獲了 Hercules 微控制器生成的信號。
圖 7：Hercules PWM 和死區(qū)時間的捕獲
圖 7 中的黃色和藍色跡線是來自 Hercules ePWM 模塊的低信號和高信號。紫色跡線是計算信號（黃色和藍色），代表死區(qū)時間。
示波器的 SUM 功能在這方面有很大幫助。我們可以使用它來測量死區(qū)時間的寬度（兩個信號都為低電平的 0V 下降）。同樣重要的是，如果我們不小心將兩個信號同時驅(qū)動為高電平（這種情況會破壞我們的 GaN 器件），它會顯示為 10V 峰值。
設(shè)置 PWM 信號
我們可以使用可視硬件配置器 HALCoGen配置 Hercules 微控制器及其模塊。啟用我們需要的外圍設(shè)備，對其進行參數(shù)化，然后讓 HALCoGen 生成我們的項目。我們將獲得一個具有完整源代碼的可編譯項目，并且我們只需添加兩行代碼即可獲得可運行的設(shè)計。
首先，啟用 ePWM 驅(qū)動程序。這是將生成兩個信號的外圍設(shè)備，我們將發(fā)送到 GaN 集成電路 (IC)。
圖 8：啟用 PWM
接下來，激活一個可用的 PWM 模塊并創(chuàng)建 LMG5200 GaN 半橋所需的信號。
圖 9：激活 PWM 模塊 1
我們可以在單個屏幕上配置整個信號，包括死區(qū)時間。通過將復(fù)選框和值設(shè)置為圖 10 中所示的值，我們的 ePWM 模塊將準備好輸出 GaN 信號。
圖 10：配置 PWM 信號和死區(qū)時間
我在 element14 上寫了一篇博文，解釋了每個設(shè)置，以及這種配置如何為我們提供 LMG5200 的完美信號。
讓 HALCoGen 為我們生成項目源代碼，并將這些行添加到 main() 函數(shù)：
我們可以使用 Code Composer Studio? 軟件構(gòu)建和執(zhí)行該項目，并且 LaunchPad 已準備就緒。探測 ePWM 信號，我們將獲得與圖 7 中的示波器捕獲相似的圖像。占空比為 10%，頻率為 1MHz。
就是這樣。我們已經(jīng)將 LaunchPad 變成了可以直接控制 GaN 驅(qū)動器的設(shè)備。在本系列的下一部分中，我將解釋如何連接 GaN 評估套件。
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