TI의 새로운 GaN 전력 설계를 사용하여 99% 효율의 200V AC 서보 드라이브 및 로봇 구동 가능

텍사스인스트루먼트(이하, TI)는 혁신적인 3상 갈륨 나이트라이드(GaN) 기반의 인버터 레퍼런스 디자인을 제공한다고 밝혔다. 개발자들은 이 레퍼런스 디자인을 사용하여 더 빠른 전류 루프 제어, 더 높은 효율, 더 정확한 속도 및 토크 제어를 제공하는 200V, 2kW AC 서보 모터 드라이브와 차세대 산업용 로봇을 개발할 수 있다.

3상 인버터 GaN 전력 스테이지
이 3상 고주파수 GaN 인버터 레퍼런스 디자인은 TI의 가장 최신의 LMG3410 600V, 12A GaN 전력 모듈을 사용하고 있다. 지난 해 출시된 LMG3410은 FET, 게이트 드라이버 및 보호 기능을 통합하였다. 이 GaN 모듈을 사용함으로써 실리콘 FET보다 최대 5배까지 더 빠르게 스위칭할 수 있으며 100kHz PWM 주파수로 98% 이상의 효율을, 24kHz PWM 주파수로 99% 이상의 효율을 제공한다. GaN을 사용함으로써 개발자가 스위치 성능을 최적화하여 모터의 전력 손실을 낮출 수 있으며, 히트 싱크의 크기를 줄임으로써 보드 공간을 절약할 수 있다. 인버터를 100kHz로 스위칭할 수 있어 인덕턴스가 낮은 모터에 사용할 때 토크 리플을 현저히 향상시킬 수 있다.

전력, 속도 및 성능
이 GaN 인버터 전력 스테이지는 TI의 TMS320F28379D 드라이브 제어 시스템온칩(SoC)을 비롯한 마이크로컨트롤러(MCU)와 손쉽게 인터페이스하여 전압 주파수를 동적으로 조절할 수 있으며 초고속 전류 루프 제어를 달성할 수 있다. TI는 또한 혁신적인 서브 사이클 PWM 업데이트 기법을 포함하는 새로운 DesignDRIVE 고속 전류 루프 소프트웨어를 제공한다고 밝혔다. 이 소프트웨어를 사용하면 서보 드라이브의 전류 루프 성능을 1µs 미만으로 끌어올릴 수 있으므로 모터 토크 응답을 3배로 향상시킬 수 있다. 고속 전류 루프 소프트웨어는 기존 MCU 기반의 전류 루프 솔루션에 비해서 훨씬 향상된 성능을 제공하며, controlSUITE™ 소프트웨어와 함께 무료로 사용할 수 있다.

이 레퍼런스 디자인은 GaN 모듈 이외에도 전류 감지 기능을 통합한 TI의 AMC1306 절연형 델타-시그마 모듈레이터를 사용함으로써 모터 제어 성능을 더욱 향상시킨다. 또한, TI의 ISO7831 디지털 아이솔레이터를 사용함으로써 MCU와 이 디자인의 6개 PWM 사이에 강화된 절연을 제공한다.

TI의 새로운 3상 인버터 디자인의 특징
· 고효율 전력 스테이지: 100kHz PWM으로 98%의 효율을, 24kHz PWM으로 99%의 효율을 제공하므로 히트 싱크 크기를 줄일 수 있다.
· 높은 PWM 주파수: 높은 PWM 스위칭 주파수를 사용할 수 있어 인덕턴스가 낮은 모터를 최소의 전류 리플로 구동할 수 있다.
· 빠른 스위칭 전환: 어떠한 스위치 노드 전압 링잉도 없이 25ns 미만으로 전환하여 EMI를 낮춘다.
· 7백만 이상의 검증 시간을 거친 600V, 12A의 LMG3410 GaN FET 전력 스테이지 채택: 쉽고 빠른 PCB 레이아웃과 소형 폼팩터 설계를 가능하게 한다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr