今天的博文是一個(gè)動(dòng)手操作項(xiàng)目：你將用一個(gè)氮化鎵 （GaN） 功率級(jí)、一個(gè)Hercules? 微控制器和一個(gè)滾輪來(lái)調(diào)節(jié)一盞燈的亮度。我將會(huì)談到其中的硬件和固件。先給你的焊接設(shè)備充上電，我們馬上開(kāi)始。

你可以用很多種方法來(lái)控制GaN功率級(jí)。針對(duì)LMG5200 GaN半橋功率級(jí)的TI用戶(hù)指南使用了一個(gè)無(wú)源組件和分立式邏輯門(mén)的組合。在這篇博文中，我將會(huì)討論到如何用一個(gè)Hercules微控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)它。圖1顯示的是將用來(lái)驅(qū)動(dòng)LMG5200的Hercules模塊。

圖1：具有死區(qū)發(fā)生器的Hercules PWM模塊

GaN與Hercules功率級(jí)是天生的一對(duì)兒。它們?cè)?a target="_blank">工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用中都能發(fā)揮很好的作用。Hercules脈寬調(diào)制 （PWM） 模塊具有專(zhuān)門(mén)的硬件來(lái)驅(qū)動(dòng)這些信號(hào)。死區(qū)發(fā)生器 （DB） 子模塊非常適合于生成你所需要的死區(qū)時(shí)間。

設(shè)置

圖3顯示的是將連接在一起的硬件模塊。負(fù)載是一個(gè)常見(jiàn)的燈泡。一個(gè)德州儀器 （TI） LMG5200 GaN評(píng)估套件控制進(jìn)入燈泡的電力。一個(gè)舊鼠標(biāo)的滾輪作為輸入。你將用這個(gè)滾輪來(lái)控制GaN功率級(jí)輸出的上升和下降。

圖3：硬件設(shè)置

Hercules LaunchPad將把這些組件合并在一起。當(dāng)你旋轉(zhuǎn)滾輪時(shí)，燈光會(huì)變亮或變暗。

設(shè)計(jì)

由于你有很明確的功能塊（圖4），所以很難得出一個(gè)潔凈的硬件結(jié)構(gòu)。以下是邏輯部件：具有輸入（滾輪）和輸出（GaN驅(qū)動(dòng)器）的Hercules控制器，以及功率調(diào)節(jié)：具有輸入 （LaunchPad） 和輸出（燈泡）的GaN驅(qū)動(dòng)器。

圖4：硬件模塊

對(duì)于固件來(lái)說(shuō)也是如此。一個(gè)狀態(tài)機(jī)管理功能，并且有兩個(gè)模塊：一個(gè)監(jiān)聽(tīng)滾輪的旋轉(zhuǎn)功能驅(qū)動(dòng)器模塊，以及一個(gè)與LMG5200進(jìn)行通信的GaN模塊。兩個(gè)模塊都依靠低電平Hercules外設(shè)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)轉(zhuǎn)（圖5）。

圖5：固件模塊

操作

我們先來(lái)看看輸出端。第一步是在LaunchPad上生成正確的PWM信號(hào)，以控制GaN驅(qū)動(dòng)器。下一步，將GaN評(píng)估套件連接至LaunchPad，在連接路徑上對(duì)PCB進(jìn)行某些更改。最后，插入輸入。將鼠標(biāo)滾輪變?yōu)榉€(wěn)定的正交編碼器，并且將這些信號(hào)集成到固件中。

正確驅(qū)動(dòng)LMG5200 GaN功率級(jí)

LMG5200 GaN半橋功率級(jí)對(duì)于其輸入信號(hào)有特別的需要。我已經(jīng)在上一篇博文中詳細(xì)介紹了這些信號(hào)。關(guān)鍵是創(chuàng)建2個(gè)相反的PWM信號(hào)。在特定點(diǎn)上還需要一個(gè)暫停。當(dāng)你的信號(hào)切換邏輯電平時(shí)，你必須在調(diào)低一個(gè)與調(diào)高另外一個(gè)之間等待很短的一段時(shí)間（被稱(chēng)為死區(qū)時(shí)間）。

當(dāng)?shù)碗娖叫盘?hào)為高電平時(shí)，高電平信號(hào)應(yīng)該為低電平，反之亦然。不過(guò)，你必須在一個(gè)信號(hào)的下降邊緣和另外一個(gè)信號(hào)的上升邊緣之間插入一個(gè)小延遲。兩個(gè)信號(hào)將在幾納秒的時(shí)間內(nèi)均為低電平。

圖6：具有死區(qū)時(shí)間的LMG5200輸入信號(hào)

在圖6中，死區(qū)時(shí)間是下降和上升邊緣之間的陰影區(qū)域。讓我們將其與圖7比較一下，圖7中顯示的是所捕獲的由Hercules微控制器生成的信號(hào)。

圖7：Hercules PWM和死區(qū)時(shí)間的捕獲圖

圖7中黃色和藍(lán)色的跡線(xiàn)是來(lái)自Hercules ePWM模塊的低電平和高電平信號(hào)。紫色跡線(xiàn)是經(jīng)計(jì)算得出的信號(hào)（黃色和藍(lán)色），代表的是死區(qū)時(shí)間。

示波器的SUM功能在這里會(huì)有很大幫助。你可以將其用來(lái)測(cè)量死區(qū)時(shí)間的寬度（兩個(gè)信號(hào)均為低電平時(shí)的0V電壓突降）。同樣重要的是，如果在出現(xiàn)10V峰值的同時(shí)將兩個(gè)信號(hào)意外地驅(qū)動(dòng)為高電平（這將損壞你的GaN器件），這個(gè)功能將會(huì)讓你知道這個(gè)情況。

設(shè)定PWM信號(hào)

你可以用可視化硬件配置工具，HALCoGen來(lái)配置Hercules微控制器和其模塊。啟動(dòng)激活你所需要的外設(shè)，并使其參數(shù)化，然后讓HALCoGen來(lái)生成你的項(xiàng)目。你可以獲得一個(gè)包含所有源代碼的可編譯項(xiàng)目，你只需要添加兩行代碼就可以使設(shè)計(jì)運(yùn)行起來(lái)。

首先，啟用ePWM驅(qū)動(dòng)器。這是一個(gè)將生成2個(gè)信號(hào)的外設(shè)；你將把生成的信號(hào)發(fā)送至GaN集成電路 （IC）。

圖8：?jiǎn)⒂肞WM

下一步，激活其中一個(gè)可用PWM模塊，然后創(chuàng)建LMG5200 GaN半橋所需要的信號(hào)。

圖9：激活PWM模塊1

你可以在單個(gè)屏幕內(nèi)配置整個(gè)信號(hào)，其中也包括死區(qū)時(shí)間。通過(guò)按照?qǐng)D10中所示的內(nèi)容選中復(fù)選框并設(shè)定相應(yīng)的值，你的ePWM模塊將為GaN信號(hào)的輸出做好準(zhǔn)備。

圖10：配置PWM信號(hào)和死區(qū)時(shí)間

我曾寫(xiě)過(guò)一篇博文，解釋了其中的每一個(gè)設(shè)置，以及這個(gè)配置為什么能夠?yàn)長(zhǎng)MG5200提供理想的信號(hào)。

讓HALCoGen為你生成項(xiàng)目源代碼，并且添加以下的代碼到main（） 函數(shù)中：

你可以使用Code Composer Studio? 軟件來(lái)構(gòu)建和執(zhí)行這個(gè)項(xiàng)目，LaunchPad也準(zhǔn)備就緒。通過(guò)探測(cè)ePWM信號(hào)，你將獲得一個(gè)與圖7中示波器捕獲內(nèi)容相類(lèi)似的圖像。占空比將為10%，頻率為1MHz。

好了，完成了。你已經(jīng)把LaunchPad直接變成了一個(gè)能夠控制GaN驅(qū)動(dòng)器的器件。在本系列的下一篇文章中，我將解釋如何連接GaN評(píng)估套件。