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作者：Barley Li

关键词：晶体管, 开关, 工作原理

绝缘栅双极晶体管（IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种三端功率半导体器件，主要用作电子开关，在较新的器件中以结合高效和快速开关而闻名。IGBT通过在单个器件中组合用于控制输入的隔离栅极FET和作为开关的双极功率晶体管，将MOSFET的简单栅极驱动特性与双极晶体管的高电流和低饱和电压能力相结合。IGBT用于中到大功率应用，如开关电源、牵引电机控制和感应加热。

IGBT特点

IGBT具有栅极、集电极、发射极3个引脚。栅极与MOSFET相同，集电极和发射极与双极晶体管相同。IGBT与MOSFET一样通过电压控制端口，在N沟道型的情况下，对于发射极而言，在栅极施加正电压时，集电极-发射极导通，流过集电极电流。我们将另行介绍其工作和驱动方法。

IGBT是结合了MOSFET和双极晶体管优点的晶体管。MOSFET由于栅极是隔离的，因此具有输入阻抗高、开关速度较快的优点，但缺点是在高电压时导通电阻较高。双极晶体管即使在高电压条件下导通电阻也很低，但存在输入阻抗低和开关速度慢的缺点。通过弥补这两种器件各自的缺点，IGBT成为一种具有高输入阻抗、开关速度快 (IGBT开关速度比MOSFET慢，但仍比双极晶体管快。) ，即使在高电压条件下也能实现低导通电阻的晶体管。　

IGBT 的工作原理

当向发射极施加正的集电极电压V_CE，同时向发射极施加正的栅极电压V_GE时，IGBT便能导通，集电极和发射极导通，集电极电流I_C流过。

IGBT的等效电路如上图所示。当栅极-发射极（G-E）和集电极-发射极（C-E）通路均发生正偏置时，N沟道MOSFET导通，导致漏极电流流动。该漏极电流也流向Q_PNP的基极并导致IGBT导通。由于Q_PNP的直流电流增益（α）非常小，因此几乎整个发射极电流（I_E(pnp)）都作为基极电流（I_B(pnp)）流动。但部分I_E(pnp)会作为集电极电流（I_C(pnp)）流动。I_C(pnp)无法开启Q_NPN，因为它绕过了Q_NPN基极和发射极之间插入的R_BE。

因此，IGBT的几乎所有集电极电流都通过Q_PNP的发射极-基极通路作为N沟道MOSFET的漏极电流流动。此时，空穴从Q_PNP的发射极注入到N通道MOSFET的高电阻漂移层。这导致漂移层的电阻率（R_d(MOS））大大降低，从而降低了导通期间的导通电阻。这种现象称为电导率调制。

关闭栅极（G）信号会导致N沟道MOSFET关断，从而导致IGBT关断。

安全工作区

在IGBT的规格书中，可能会看到安全工作区（SOA, Safe Operating Area），例如ROHM的RGS30TSX2DHR 如下图所示。 这个安全工作区是指什么？

IGBT 的安全工作区（SOA）是使IGBT在不发生自损坏或性能沒有下降的情况下的工作电流和电压条件。实际上，不仅需要在安全工作区内使用IGBT，还需对其所在区域实施温度降额。安全工作区分为正向偏置安全工作区（FBSOA, Forward Bias Safe Operating Area）和反向偏置安全工作区（RBSOA, Reverse Bias Safe Operating Area）。

正向偏置安全工作区

正向偏置安全工作区定义了IGBT导通期间的可用电流和电压条件。

上图是RGS30TSX2DHR 的正向偏置安全工作区，可以根据具体情况分为4个领域，如下所述:

1. 受集电极最大额定电流限制的区域
2. 受集电极耗散限制的区域
3. 受二次击穿限制的区域 (该区域会因器件设计而有所不同)
4. 受集电极-发射极最大额定电压限制的区域

3.2 反向偏置安全工作区

反向偏置安全工作区定义了IGBT关断期间的可用电流和电压条件。

上图是RGS30TSX2DHR 的反向偏置SOA可以简单分为2个有限区域，如下所述:

1. 受集电极最大额定电流值限制的区域
2. 受集电极-发射极最大额定电压限制的区域。

请注意，当设计的 V_CE－I_C 工作轨迹偏离产品本身安全工作区时，产品可能会发生出现意外故障。因此，在设计电路时，在确定与击穿容限相关的具体特性和电路常数时，必须密切注意耗散和其他性能问题。 例如，反向偏置安全工作区具有温度特性（在高温下劣化），V_CE－I_C的工作轨迹根据栅极电阻R_g和栅极电压V_GE而变化。

因此，有必要在了解工作环境和关断时的最小栅极电阻值后，才进行R_g 和 V_GE设计。

4 . 不同类型IGBT 产品

市场上有不同类型的 IGBT 产品，我们可以根据实际应用情况、安装类型（例如通孔、面板安装或表面安装）来挑选。

IGBT单管

将MOSFET的简单栅极驱动特性与双极晶体管的高电流和低饱和电压能力相结合。

IGBT模块

由IGBT与二极管通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品 。封装后的IGBT模块可以直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上。IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。

总结：

IGBT 是一种功率半导体器件，用于电子开关，控制和改变电流的大小频率，是电能转换及应用的核心芯片。由于篇幅有限，IGBT 涉及的技术内容、应用领域很广，所以欢迎大家在文末交流分享，一起讨论学习。

更多有关IGBT技术文章，请点击以下链接：

• 晶体管 – IGBT
• IGBT 栅极驱动组件选择
• 如何寻找BJT、MOSFET和IGBT晶体管的替代物料
• 使用内置保护功能的大电流 IGBT 驱动器实现可靠的工业电机控制
• 如何使用 IGBT 模块简化电机驱动装置和逆变器的设计

小编的话：

历经多年，作为功率器件的重要一脉，IGBT在高压应用中的地位至今还没有其他器件可以取代，在包括新能源逆变器、汽车和储能等应用中更是方兴未艾。本文的择要介绍为之前对IGBT缺乏了解的小伙伴们提供了一个窗口和基础，也打开了一个交流讨论的契机。您对IGBT还有哪些方面的疑问？或者对相关内容有哪些想法和补充？欢迎留言，沟通交流！

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关键词：Wi-Fi，SHF，噪声抑制

KEMET FLEX SUPPRESSOR是一种由微米级磁性材料粉末在聚合物基体中混合和分散而成的复合板材。这些板材可以有效抑制电磁波和共振，或提高磁通的收敛性，并可切割成多种形状和大小。

KEMET Electronics 5G噪声抑制片支持频率范围为3ghz至40ghz，厚度为0.1 mm至1mm。标准尺寸的板材尺寸为240毫米x 240毫米，卷版也可用于FG1或FS系列。这些薄板抑制电磁波和共振，并限制电子设备产生的噪音。KEMET 5G噪声抑制片可以减少FM收音机、数字电视和光收发器内部的伪微波距离干扰。

产品特性

• 频率范围宽，从MHz频段到GHz频段
• 支持Wi-Fi波段(EFG2、FG1)
• 可选SHF波段(EFS和FS)
• 在便携式设备中使用的薄而柔软的材料
• 几乎没有限制，它可以在哪里使用
• 安装所需时间更少
• 很容易切成任何形状
• 符合RoHS标准，无卤素
• 阻燃剂:UL94 V-0

适用范围

• 电子设备的辐射噪声抑制，特别是移动电话、显示器、数码相机、数码摄像机、笔记本电脑和平板电脑、车载信息娱乐设备
• 防静电措施
• 准微波范围的干扰预防内部和之间的电子，在调频收音机，数字电视，LTE, GPS, Wi-Fi，蓝牙和光收发器的传感
• 增强无线功率传输

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关键词: LED, 方案

问：LED驱动器调光类型

市场上常见的LED驱动器调光类型:

模拟调光
模拟调光通常称为“0-10伏调光”。这种调光类型会使用线性电位器或壁滑式电位器（如立维腾（Leviton）IP710）来控制亮度。在双线调光系统配置中，一根驱动器调光线具有10伏输出，另一根线则为回线。电位器将在0伏至10伏范围内改变两根电线之间的电压，且通常传导以毫安计的电流。此类应用中的常用电位器的电阻为15k~25k欧姆（例如987-1726-ND 或987-1302-ND ），但具体数据请参见规格书。如果不需要调光，则通常使这些电线保持开路，即可实现最大亮度；而如果需要最大调光，则可将其绑在一起。

不借助电位器，而是通过外部0-10伏系统对驱动器进行调光也很常见。通过向调光回线施加外部0-10伏电线（非10伏电线），即可采用类似方式对驱动器进行调光（只要将两根电源地线绑在一起）。一些大型照明应用会通过安全电路或运动检测系统来配置外部调光器，这样有助于避免故障或降低能源成本。

DALI 调光
“数字式可寻址照明接口”（DALI）类型的调光是一直种可寻址照明。DALI支持通过一条DALI通信线（双线）与多个设备进行双向通信，且不仅用于调光目的。这种照明被视为“智能照明”，支持用户单独控制单个灯或灯组，并同时接收来自各个灯的数据反馈。DALI照明由某种类型的DALI软件控制，主要用于制造业，但也用于商业和一些高端住宅。

TRIAC （正相）调光
TRIAC 调光有时称为正相或前沿调光，因为这些调光会从零电压点开始斩断正向和负向交流电压波的前沿。这些“普通家用调光器”可用于常规白炽灯照明、电阻负载和TRIAC可调光LED驱动器的输入。而这类调光器是由SCR或晶闸管发展而来，但与晶闸管不同，这些调光器是可在交流电压下使用的双向设备。它们会斩断电压相位的前沿，而非ELV反相调光中的后沿。

另一方面，如果在缺少驱动器的家用应用中将TRIAC用于一般式插座或另一个120V型的LED“灯泡”，请查看原厂包装或前面板，其中将注明该器件是否额定用于LED调光。许多缺少LED设置的廉价TRIAC型调光器虽然标注称可与LED灯泡一起使用，但它们无非是白炽式TRIAC；此外，尽管这些调光器可用于LED调光，但会产生过多的灯泡噪声，并会降低LED灯泡寿命。重要的是，调光器可额定用于LED照明，且可进行某种调节，以将其从白炽灯设置为LED。带TRIAC调光输入的LED驱动器在LED上运行良好，因为这只用于调光参考，并不负责执行实际的调光。

ELV （反相）调光
“电子低电压”调光有时称为反相或后沿调光，因为这些调光会从电压峰值开始斩断正向和负向交流电压的后端。虽然这些器件适用于阻性负载（如普通白炽灯或卤素灯泡），但它们原本设计用于容性负载（如带或不带驱动器的LED照明）。这些调光器可提供安静且更加可靠的LED照明。除了斩断电压相位的后沿而非前沿之外，这些调光器的功能与TRIAC类似。这种调光类型适用于不使用LED驱动器及ELV型可调光LED驱动器的家用LED灯泡。

更多LED照明的技术信息, 请查看以下内容

• LED 应用：该选通孔还是表面贴装好?
• 选择正确的LED和LED驱动器
• LED的接线方式；串联，并联和串并联比较
• 了解如何避免LED被腐蚀
• 恒流LED照明过早失效

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关键词: 电容, 规格

问：电容基础知识

电容是以电场的形式储存电能的装置。这个过程与机械弹簧以弹性材料变形的形式储存能量的方式非常相似，在某种程度上，描述两者的数学是非常相似的，除了使用的变量。事实上，这种相似性可能是电气或机械工程专业的学生经常觉得其他人的研究晦涩难懂的部分原因;“v”对电子工程师，来说意味着“电压”，但对机械工程师来说，意味着“速度”。 对电子工程师，其表示的弹簧可能看起来很的电感器，等等。

工程师们，请注意!

平行板电容的概念通常被用作解释大多数实用电容结构的起点。它由两个相互平行放置的导电电极组成，并由绝缘体隔开，绝缘体通常是几种聚合物、陶瓷材料、金属氧化物、空气或偶尔的真空中的一种。

这种电容的值，本质上是机械头脑的“弹簧常数”，当极板之间的分离距离相对于它们的面积很小时，可以用下面的公式近似求得。但需要注意的是，按照惯例，机械弹簧常数和电容值是用维数的倒数表示的;机械弹簧常数通常用单位位移的力来表示(如牛顿每米或磅力每英寸)，而电容值则用单位力的位移来表示，即库仑每伏。

实际上，板材不需要是平的;卷、折叠、揉皱、堆叠、切片、切丁和切丝的几何形状也可以，尽管随着几何形状变得更加复杂，所涉及的数学可能会变得相当混乱。

因此，为了制造一个具有更大值的电容，可以使用面积更大的板，减少分离距离(即介电材料的厚度)或增加材料的介电常数。要搞清 ε₀ 是一件相当困难的事情。

但是这个“介电常数”到底是什么东西呢?非常好的问题; 它本质上是材料的一种特性，描述它们在外加电场的存在下，通过多种机制中的任何一种，变得电极化的能力。这些机制可能是在原子水平上，原子原子核周围的电子云发生位移，导致原子的一侧带有轻微的正电荷，而另一侧则带有相应的负电荷。它也可以发生在分子水平上，由于电极性分子的方向变化响应于施加的场，或者通过分子内原子之间的键的弯曲和拉伸，非常像机械弹簧中的材料弯曲或拉伸。

假设原子情况下的电子不会“被吹走”并与相邻的原子核重新结合，并且在分子情况下，分子不会被电场的力撕裂，那么材料就会起到绝缘体的作用;当施加电场时，它不支持持续的电荷流动，尽管由于电子在原子周围的移动或分子的重定向/扭曲，它确实有效地允许一些电荷在电场建立时流动。移除外加电场会让电介质中的电子回到它们所附着的原子核周围的正态分布，或者让物质中的分子回到它们原来的随机方向或形状。在这样做的过程中，当施加电场时流过电容的大部分电荷又返回到电路中，以相反的方向流动。

材料的(相对)介电常数描述了材料促进这种暂时电流流动的程度，相对于真空促进这种流动的程度。在给定的面积、分离距离和施加场强下，允许与真空相同的电荷转移量的材料的介电常数为1，允许两倍于真空的电荷转移的材料的介电常数为2，等等。

不同电容类型的细微差别在很大程度上取决于所使用的电介质的特性和构造给定器件的方法。所有的介电材料都有局限性，在给定的材料厚度下，它们所能承受的最大外加电场，它们的介电常数，介电材料和电极中发生的损耗，以及当外加电场恒定时流过或“漏出”介电材料的电流的大小。

更多电容的技术信息, 请查看以下内容

• 陶瓷电容温度系数的理解
• 为什么陶瓷电容似乎不合规格，但其实不然？
• 电容纹波电流的设计考量
• 不同的输入电压波形，对陶瓷电容的使用有什么影响？
• 如何选择晶体振荡器负载电容

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作者：Stephen Evanczuk

关键词：传感器, 方案, 开发工具

鉴于温度和湿度对建筑物和电子系统的结构完整性的影响，获得准确和可靠的对这些参数的测量能力是广泛的消费、工业和医疗应用的设计基础。人们十分关注湿度和温度对健康的影响，研究表明，这些参数的变化会产生从体感不适到气溶胶化病毒感染等各种影响。

为了满足这种需求，设计人员需要一种成本效益高、外形尺寸小、易于部署的解决方案，以便在各种应用中检测温度和湿度。为了延长偏远或其他难以到达的地点的电池寿命，解决方案可能还需要消耗很少的电力，同时保持必要的精度和稳定性。

本文讨论了环境温湿度对基础设施、电子系统和人体健康的影响。然后介绍并展示了如何使用 TE Connectivity Measurement Specialties 的小型湿度和温度传感器，以及设计人员怎样利用该传感器更轻松地满足各种应用的关键测量要求。

准确测量湿度和温度的重要性

在很多领域准确监控和调节湿度和温度水平的能力都发挥着关键作用，这些领域包括供暖、通风和空调 (HVAC) 系统以及用于睡眠呼吸暂停的持续正压气道压力 (CPAP) 设备，甚至影响人类的幸福指数。

相对湿度 (RH) 这个耳熟能详的名词，表示空气中的含水量，是指在给定温度下空气所能容纳的最大水量的百分比。和温度一样，湿度过高或过低都会让人感到不舒服，甚至对建筑结构以及机械设备和电子设备造成损害。

建筑物湿度过高，会导致混凝土和其他材料的腐蚀、霉菌生长和分解。在电子设备中，湿度过高，特别是当设备从阴凉处进入潮湿环境时，会因结露而导致短路。

湿度低会造成材料收缩、纸制品损坏、静电积聚。随着积聚量的增加，产生的静电会对电子设备造成损害，并在挥发性有机化合物 (VOC) 含量较高的环境中引发火灾。因此，RH 传感器在为建筑提供安全、健康的环境方面发挥着重要作用。在促进人类健康和福祉方面，类似问题越来越多。

人类通常会注意到不舒服的温度而不是湿度水平，但过低或过高的湿度水平都会影响健康。湿度过高或过低会加重哮喘和过敏患者的症状，并导致睡眠质量较低，即使健康的人也会有影响。在极低的湿度下，人体组织会干燥，造成对眼睛或鼻腔的刺激。CPAP 制造商通常依靠湿度传感器来确保他们的设备为用户提供合适的潮湿空气。

湿度的测量和控制在公共卫生中发挥着更广泛的作用。研究人员发现，湿度水平不需要达到极端的干燥或潮湿，就能对人体生理发生作用。正常情况下，鼻腔中的水分有助于排出气溶胶化病毒（悬浮在微滴中的病毒）。当鼻腔干燥时，气溶胶病原体可以更深入地渗透到呼吸系统，更容易引起感染 [1]。由于这些因素和其他生理因素的影响，当湿度低于 40% RH 时，气溶胶化流感病毒的感染力明显提高（图 1）[2]。最近的研究表明，相对湿度在 40%～60% 之间对降低新冠肺炎感染也有一定作用，甚至可以降解引起新冠肺炎的 SARS-CoV-2 病毒 [3]。

虽然在众多不同的应用中，准确测量湿度和温度至关重要，但相应的设计要求却限制了开发人员轻松构建有效解决方案的能力。除了对高精度和低长期漂移要求外，许多应用还要求传感器以最小封装提供快速测量和低功耗操作能力，以便将传感器放置在理想的测量点上，无论是 HVAC 加湿器、CPAP 湿度控制装置还是精密环境监测系统。TE Connectivity 的 HTU31D 湿度和温度数字传感器可满足越来越多依赖精确数据的应用的要求。

满足关键测量要求的解决方案

HTU31D 具有体积小、精度高的特点，适用于从消费类产品到医疗和专业监测系统的各种应用。它采用 6 引脚封装，尺寸为 2.5 x 2.5 x 0.9 毫米 (mm)，已完全校准，无需额外的现场校准。由于其体积小，开发人员可以将传感器放置在对早期传感解决方案来说太小的位置，并使用现成的 I²C 缓冲器或电平移位器，通过其 I²C 串行接口将远程放置的 HTU31D 连接到其主机控制器。

HTU31D 测量的相对湿度范围为 0 到 100%，典型精度为 ±2%，相对湿度滞后为 ±0.7%，典型长期漂移小于 0.25% RH/年。该器件的温度测量范围为 -40 至 125℃，典型精度为 ±0.2℃，典型长期漂移为 0.04℃/年。为了保持其可靠性，该传感器集成了一个加热元件，用于消除高湿度水平下的冷凝水，同时带有内部诊断功能，以检测测量误差、加热元件误差和内部存储器误差。

在用于湿度和温度测量的基准模式下，该传感器的分辨率为 0.020% RH 和 0.040°C，转换时间分别为 1 毫秒 (ms) 和 1.6 毫秒。对于更苛刻的要求，该器件还提供了让开发人员以转换时间为代价来提高分辨率的操作模式。在每个传感器的最大分辨率模式下，HTU31D 可以提供 0.007% 的 RH（转换时间为 7.8 毫秒）和 0.012℃（转换时间为 12.1 毫秒）的精度。

对于某些应用，如电池供电型产品，器件的低电流消耗是同样重要的特性。在其基本分辨率模式下工作，每秒执行一次相对湿度和温度测量，器件通常只需要 1.04 微安 (μA)。在非活动期间，可将器件置于休眠模式，通常只消耗 0.13 μA。当然，短暂地使用内部加热器来消除冷凝水或测试温度传感器，同样会导致电流短暂但显著增加。

简单的硬件和软件接口

HTU31D 湿度和温度数字传感器为开发人员的设计提供了简单的硬件和软件集成接口。除了 3 至 5.5 伏供电电压 (VDD) 和接地 (GND) 引脚外，该器件的硬件接口还包括用于 I²C 标准串行数据 (SDA) 和串行时钟 (SCL) 线路的引脚。其余两个引脚包括一个复位 (RST) 引脚和一个地址 (IC_ADD) 引脚。当 IC_ADD 与 GND 或 VDD 连接在一起时，该器件分别响应 I²C 地址 0x40 或 0x41，允许两个 HTU31D 器件共享同一 I²C 总线而不发生冲突。

主机处理器使用基本的 I²C 串行事务处理进行命令和读取结果发送。命令使用一个由 I²C 地址组成的双字节序列，后接一个命令字节，通过设置各个位来指定支持的功能，具体包括综合温度和湿度测量、仅湿度测量、复位、加热器打开或关闭、设备序列号和诊断。

例如，如要执行温度和相对湿度 (T & RH) 综合测量，主机将发送地址字节和一个包含转换命令位和指定温度和相对湿度测量所需分辨率的位的字节。该器件支持简单轮询方法，因此在发送两个字节的转换命令序列后，主机处理器将等待规格书中规定的与分辨率相关的持续时间，然后再发出一个带有地址字节（0x40 或 0x41）的两个字节序列，然后是 T＆RH 读命令字节 (0x0)（图 2，顶行）。每次请求温度和湿度测量时，HTU31D 会将通过发送原始值的上、下字节来做出响应（图 2，下两行）。利用 HTU31D 规格书中提供的一对公式将原始值转换为相应的物理温度和湿度值。

如图 2 所示，HTU31D 在每一个 16 位数据序列后面都有一个字节，其中包含了器件生成的数据循环冗余校验 (CRC) 值。该 CRC-8 校验和能够检测出数据传输中任何地方的单个位错误或双位错误，或 8 位窗口内的位错误群集。通过将这个传输的 CRC 值与从所接收数据计算出的 CRC 值进行比较，主机处理器可以快速识别失败的传输，并采取适当的行动，如重复测量命令，短暂地打开 HTU31D 集成加热元件，发出复位，或提醒用户测量系统可能出现故障。

传输序列的另一个特点是，当发生某种覆盖需求时，主机可以在其正常完成之前停止响应序列。在正常事务处理中，HTU31D 期望在第一个数据字节后有一个确认 (ack)，在数据序列的最后有一个最后的不确认 (nack) 和停止序列（见图 2）。当不需要 CRC 数据或湿度数据时，或者急需设备复位或加热器激活等新命令时，开发人员可以使用此功能停止进一步传输。在这里，主机可以发出最后的 ack/stop 序列来立即终止来自传感器的数据传输，而不是在数据或 CRC 字节之后发送预期的 ack。

TE 的 HTU31D 提供了一个直接的电气和功能接口，但采用任何高敏感度的传感器都需要仔细的物理设计，以避免因与板上其他设备的电气或热相互作用而产生测量伪影。同样，在实现命令序列协议或值转换等式方面时出错也会拖延不断演进的产品中的湿度和温度传感功能的评估和原型设计。MikroElektronika 提供的扩展板和相关软件允许开发人员绕过潜在实现问题，并能立即开始设计和开发。

快速原型设计和加速开发

MikroElektronika MIKROE-4306 基于 HTU31D 的 Temp & Hum 14 Click 扩展板完整实现了传感器电气接口（图 3，左），它安装在一块尺寸为 28.6 x 25.4 mm 的电路板上（图 3，右）。

与 MikroElektronika 和其他供应商的其他 mikroBUS Click 扩展板一样，MikroElektronika Temp & Hum 14 Click 板旨在插入到主机处理器板（如 MikroElektronika Fusion 开发板）中，并与 MikroElektronika 的开源 mikroSDK 软件开发框架一起使用。

MikroElektronika 为 mikroSDK 环境补充了软件包，这些软件包为特定的 Click 板和开发板提供了驱动程序和电路板支持。对于 Temp & Hum 14 Click 板，MikroElektronika 为其 Fusion 和其他 MikroElektronika 板系列提供 Temp-Hum 14 Click 软件包的绑定。

Temp-Hum 14 Click 软件包支持使用 HTU31D 专用功能库进行开发，该功能库可通过应用编程接口 (API) 访问。随附的示例应用程序演示了 HTU31D 传感器的操作，使用了一组简单的 API 函数，具体包括：

• temphum14_set_conversion，执行前面提到的转换序列
• temphum14_get_temp_and_hum，执行传感器的 T 和 RH 数据序列
• temphum14_get_diagnostic，从 HTU31D 的片上诊断寄存器读取错误状态

该示例应用程序代码演示了系统初始化、应用初始化和应用任务的执行。列表 1 显示了旨在在 MikroElektronika Fusion for KINETIS v8 MIKROE-3515 开发板上运行的软件包的一个片段，该开发板基于 NXP 的 MK64FN1M0VDC12 Arm® Cortex®-M4 Kinetis K60 微控制器。

副本
#include “Click_TempHum14_types.h”
#include “Click_TempHum14_config.h”
#include “Click_TempHum14_other_peripherals.h”

temphum14_diagn_t status_data;
uint32_t ser_numb;
float temperature;
float humidity;
char log_text[ 50 ];

[code deleted]

void system_init ( )
{
mikrobus_gpioInit( _MIKROBUS1, _MIKROBUS_RST_PIN, _GPIO_OUTPUT );
mikrobus_i2cInit( _MIKROBUS1, &TEMPHUM14_I2C_CFG[0] );
mikrobus_logInit( _LOG_USBUART, 9600 );
Delay_ms( 100 );

mikrobus_logWrite( “—————————–“, _LOG_LINE );
mikrobus_logWrite( ” Temp-Hum 14 click “, _LOG_LINE );
mikrobus_logWrite( “—————————–“, _LOG_LINE );
Delay_ms( 100 );
}

void application_init ( )
{
temphum14_i2c_driver_init( (temphum14_obj_t)&_MIKROBUS1_GPIO,
(temphum14_obj_t)&_MIKROBUS1_I2C,
TEMPHUM14_I2C_SLAVE_ADDR_GND );
Delay_ms( 100 );

mikrobus_logWrite( ” Hardware Reset “, _LOG_LINE );
temphum14_hw_reset( );
Delay_ms( 100 );

ser_numb = temphum14_get_serial_number( );

LongWordToStr( ser_numb, log_text );
Ltrim( log_text );
mikrobus_logWrite( “—————————–“, _LOG_LINE );
mikrobus_logWrite( ” Serial Number : “, _LOG_TEXT );
mikrobus_logWrite( log_text, _LOG_LINE );
mikrobus_logWrite( “—————————–“, _LOG_LINE );
mikrobus_logWrite( ” Software Reset “, _LOG_LINE );
temphum14_soft_reset( );
Delay_ms( 100 );

temphum14_get_diagnostic( &status_data );
Delay_ms( 10 );

display_diagnostic( );
Delay_ms( 100 );
}

void application_task ( )
{
temphum14_set_conversion( TEMPHUM14_CONVERSION_HUM_OSR_0_020,
TEMPHUM14_CONVERSION_TEMP_0_040 );
Delay_ms( 10 );

temphum14_get_temp_and_hum( &temperature, &humidity );
Delay_ms( 10 );

FloatToStr( temperature, log_text );
mikrobus_logWrite( ” Temperature : “, _LOG_TEXT );
mikrobus_logWrite( log_text, _LOG_TEXT );
mikrobus_logWrite( ” C”, _LOG_LINE );

FloatToStr( humidity, log_text );
mikrobus_logWrite( ” Humidity : “, _LOG_TEXT );
mikrobus_logWrite( log_text, _LOG_TEXT );
mikrobus_logWrite( ” %”, _LOG_LINE );
mikrobus_logWrite( “—————————–“, _LOG_LINE );
Delay_ms( 3000 );
}

void main ( )
{
system_init( );
application_init( );

for ( ; ; )
{
application_task( );
}
}

列表 1：来自 MikroElektronika 示例应用程序代码片段演示了初始化和执行一个简单任务的基本设计模式，以便从 HTU31D 传感器获得温度和相对湿度测量值。（代码来源： MikroElektronika）

软件包中包含的示例应用展示了使用 TE HTU31D 传感器实现软件应用程序的基本设计模式。如列表 1 所示，主例程首先调用系统初始化函数 (system_init()) 来设置包括 HTU31D 传感器在内的低层驱动程序，并调用函数 (application_init()) 来初始化应用资源。在这种情况下，application_init() 在执行传感器复位和函数调用 (temphum14_get_diagnostic()) 以检索传感器的诊断信息并显示诊断信息 (display_diagnostic()) 之前，会用传感器对象的实例来初始化系统的 I²C 驱动程序。

在短暂的初始化阶段之后，样本应用程序进入了一个无尽的循环，每隔三秒就会调用一个应用程序任务。在列表 1 所示的示例代码中，应用任务请求以 0.020% RH 和 0.040°C 分辨率在如前所述的 HTU31D 基准工作模式下进行转换。在这种基准模式下，HTU31D 只需要 1 ms 来测量相对湿度，1.6 ms 来测量温度。在调用 API 函数 temphum14_get_temp_and_hum() 之前，示例应用程序会使用 10 ms 的延迟 (delay_ms(10)) 来拉长等待时间，以获取温度和湿度值。由于该库执行了将 HTU31D 的原始值转换为物理温度和湿度测量值所需的转换，因此可以直接使用所产生的测量值，在这种情况下，只需记录结果。

利用这个硬件平台和相关的软件环境，开发人员可以快速评估并开发 HTU31D 传感器应用原型，以获得各种分辨率的精确相对湿度和温度测量值。如需进行定制硬件开发，MikroElektronika Temp & Hum 14 Click 板可作为完整的参考设计使用，同时包括完整的原理图和物理设计。如需进行定制软件开发，Temp-Hum 14 Click 软件包提供了一个基本的模板，可以构建更全面的应用程序。

结语

湿度和温度对结构和设备的完整性以及人类的健康和福祉起着至关重要的作用。然而，对湿度和温度的管理是否合适有赖于测量的精度与普遍的测量方式的结合，由于传统传感器方案的限制，这些很难轻易实现。

TE Connectivity Measurement Specialties 的湿度和温度传感器提供了独特的精度、稳定性、尺寸和易用性组合，可满足消费、工业和医疗应用中新出现的测量要求。

参考文献

1. 环境湿度低会影响皮肤屏障功能和对流感感染的先天性抵抗力
2. 高湿度导致模拟咳嗽空间中的传染性流感病毒活性丧失
3. 温度和湿度对 SARS-CoV-2 和其他包膜病毒稳定性的影响

小编的话：

对于楼宇、工厂、农业、医疗和家居等领域实现智能化而言，准确测量湿度和温度至关重要，而如文章所言，在具体的系统方案设计中，看起来简单的传感系统却往往需要克服包括精度、体积和功耗在内的多重挑战。通过本文对软硬件设计资源的介绍，相信能够为小伙伴们进行环境传感方案设计提供具有实用价值的参考。

您正在进行温湿度传感系统设计吗？您有哪些问题或经验？欢迎留言，和大家分享！

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关键词：功能安全，环境传感器

产品一：Microchip Technology 功能安全解决方案

Microchip Technology的功能安全解决方案可为终端产品提供稳健性、可靠性和安全。

在某些应用领域中，这些是正式和强制性要求，而在其他应用领域，则是为了产品脱颖而出，使得产品从良好迈向完美。

功能安全标准取决于所面向的市场。许多标准支持多种严格等级，根据危险的可能性和严重程度应用这些等级。处理危险的方法包括检测单个故障并将系统置于安全状态，以及完全冗余，其中不仅应该检测故障，而且应该纠正故障，不中断或影响服务。

精选含“功能安全就绪”名称的产品，包含Microchip提供的最新功能和支持配套资料，其中包括集成安全特性、安全手册、FMEDA报告，以及某些情况下包括诊断软件。某些产品还具有合格的开发工具，包括通过TÜV SÜD认证的MPLAB® XC编译器许可证，以用于微控制器 (MCU) 器件的功能安全。

Microchip提供经过TÜV SUD认证的设计工具包，支持我们的所有PIC®、dsPIC®、AVR®和SAM器件，简化您的工具认证工作。MPLAB XC编译器许可证（功能安全）包含完全合格的ISO 26262、IEC 61508、IEC 62304和IEC 60730开发环境所需的所有文档和报告。文件包包括三项标准的TÜV SOUD证书、功能安全手册（您选择的功能安全编译器版本）、MPLAB XC编译器的安全计划和工具分类及认证报告、MPLAB X集成开发环境 (IDE) 和所有MPLAB调试器/编程器。

最新TÜV SÜD认证的MPLAB XC编译器许可证与MPLAB Code Coverage工具的诊断能力结合在一起，使用MCU和数字信号控制器 (DSC)（设计考虑到了功能安全）时可简化了您的功能安全认证。

产品二：Sensirion SEK-SEN5x评估套件

Sensirion的SEK-SEN5x评估套件用于SEN5x系列设计，可快速轻松地对环境节点进行评估。

该套件采用出色的检测、精度和专有算法，可优化模块性能。

SEK-SEN5x是一款一体化传感器平台，用于精确测量各种环境参数，例如颗粒物质(PM)、挥发性有机化合物(VOC)、氮氧化合物(NOx)、温度和湿度。

SEN5x 传感器通过数字接口提供完全校准的输出。将所有测量参数组合在单一设备中，可以使空气质量设备制造商减少设计和集成工作，缩短开发时间并简化其供应链。其专有算法使其可以直接集成到暖通空调和空气质量应用中。所应用的 Sensirion 温度加速程序引擎将设备对环境温度变化的响应提速二至三倍，从而向最终用户提供更精确的测量。

SEN5x支持简单、快速集成，适合用于空气净化器、空调、暖通空调系统和空气质量监测器。

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关键词:  晶体管, 规格

问：二极管 – 整流器

这篇文章讲的是有关DigiKey代理的的单二极管的信息。

二极管 在一个方向上对电流提供低电阻（理想情况下为零），在另一个方向提供高电阻（理想条件下为无穷大）。这些通常是半导体材料的结晶片，具有连接到两个电端子的p-n结。二极管最常见的功能是允许电流沿其正向通过，同时阻断反向电流。因此，二极管可以被视为电流的“单向门”或止回阀的电子版本。

雪崩二极管 是一种通常由硅制成的二极管，设计用于在特定的反向偏置电压下进行雪崩击穿。雪崩二极管针对雪崩效应进行了优化，因此它们在击穿条件下表现出较小但显著的电压降，而齐纳二极管则保持高于击穿的电压。雪崩二极管的这一功能比简单的齐纳二极管提供了更好的浪涌保护，其作用类似于气体放电管的替代品。雪崩二极管具有较小的正电压温度系数，而具有齐纳效应的二极管具有负温度系数。

肖特基二极管 或热载流子二极管是一种具有低正向电压降和非常快的开关速度的二极管。当电流流过二极管时，二极管两端会有一个小的电压降。常规硅二极管的压降约在0.6–1.7伏之间，而肖特基二极管的压降较低，通常在0.15–0.45伏之间，这可以提供更高的开关速度和更好的系统效率。由碳化硅构成的肖特基二极管具有比硅肖特基二极管低得多的反向漏电流、更高的反向电压，并且通常具有更好的额定温度。碳化硅二极管具有很高的导热性，温度对其开关和热特性的影响很小。通过特殊封装，碳化硅肖特基二极管通常可以在超过500°K（约200°C）的结温下工作，这允许在航空航天和其他应用中进行被动辐射冷却。

符号

单二极管

常见的产品属性：

• Diode 类型
• 电压 – DC 反向 (Vr)（最大值）
• 电流 – 平均整流 (Io)
• 不同 If 时电压 – 正向 (Vf)
• 速度
• 反向恢复时间 (trr)
• 不同 Vr 时电流 – 反向泄漏
• 不同 Vr、F 时电容
• 安装类型
• 封装/外壳
• 供应商器件封装
• 工作温度 – 结温

产品示例：

制造商产品编号	MBRS340T3G
Digi-Key 零件编号	MBRS340T3GOSTR-ND
制造商	onsemi
详细描述	二极管 40 V 3A 表面贴装型 SMC
规格书	点击此处

制造商产品编号	UES1302
Digi-Key 零件编号	UES1302-ND
制造商	Microchip Technology
细描述	二极管 100 V 6A 通孔 轴向
规格书	点击此处

制造商产品编号	STTH6004W
Digi-Key 零件编号	497-5159-5-ND
制造商	STMicroelectronics
详细描述	二极管 400 V 60A 通孔 DO-247
规格书	点击此处

制造商产品编号	VS-300U60A
Digi-Key 零件编号	300U60A-ND
制造商	Vishay General Semiconductor – Diodes Division
详细描述	二极管 600 V 300A 接线柱安装 DO-205AB（DO-9）
规格书	点击此处

二极管阵列

常见的产品属性：

• 二极管配置
• 二极管类型
• 电压 – DC 反向 (Vr)（最大值）
• 电流 – 平均整流 (Io)（每二极管）
• 不同 If 时电压 – 正向 (Vf)
• 速度
• 反向恢复时间 (trr)
• 不同 Vr 时电流 – 反向泄漏
• 工作温度 – 结温
• 安装类型
• 封装/外壳
• 供应商器件封装

制造商产品编号	BAV99S,115
Digi-Key 零件编号	1727-4042-2-ND
制造商	Nexperia USA Inc.
详细描述	二极管阵列 2 对串联 100 V 200mA（DC） 表面贴装型 6-TSSOP，SC-88，SOT-363
规格书	点击此处

制造商产品编号	STPS61H100CW
Digi-Key 零件编号	497-3220-5-ND
制造商	STMicroelectronics
详细描述	二极管阵列 1 对共阴极 100 V 30A 通孔 TO-247-3
规格书	点击此处

制造商产品编号	CD411699C
Digi-Key 零件编号	835-1175-ND
制造商	Powerex Inc.
详细描述	二极管阵列 1 对串联 1600 V 100A 底座安装 模块
规格书	点击此处

更多二极管的技术信息, 请查看以下内容

• 如何测试一个高压二极管
• 二极管正向电压的重要性
• 肖特基二极管与齐纳二极管在整流应用上，可否互相替代? 
• 肖特基二极管与标准二极管的比较
• TVS二极管的优势

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关键词: 风扇, 噪音

问：常见的风扇噪音源头

风扇噪音是风扇工作时产生的杂音。要解决这些噪音，建议先了解一些常见的风扇噪音源头。

如果想了解风扇选型及应用指南，可以在这里找到。

机械噪声

机械振动的原因有许多，其中包括轴承磨损、运动部件机械不平衡和扭矩波动；在整个机械旋转过程中，施加在电机轴上的机械力并不是完全恒定的。虽然可以通过制造和设计的优化来减少机械振动，但机械振动仍然不是“是否存在”的问题，而是“有多严重”的问题。风扇与一些大型系统的物理连接会形成机械路径，风扇振动可通过该路径传播，找到更有效的方式成为声学噪声；机械系统中的大多数物品，只要能以风扇产生噪声的大致频率移动或振动，都会如此，在此过程充当机械放大器。尤其是某种机械冲击的结果，例如金属板外壳壁对内部支架的振动。除了固定系统的各个部分以免振动外，建议在安装硬件时使用弹性（橡胶）材料，抑制风扇到系统的振动传输，减少特定风扇/系统组合的机械噪声。

空气动力噪声

与风扇参数的关系

空气运动产生的噪声很大程度上是湍流的结果——气流并非沿着表面或通过某种限制平稳流动，而是变得无序且不规则。

流体速度是湍流的关键因素之一；一般来说，气流越快，意味着湍流越大，噪声越大。下方的图1-3显示了在撰写本文时厂商已公布的Digi-Key风扇噪声系数，也是标称转速、标称流速（额定风量除以框架面积）和最大静压的函数。噪声等级的明确划分可作为额定转速和框架尺寸的函数；一般来说，更大、更快的风扇产生的噪声比更小或更慢的风扇大。然而，作为通过风扇孔径的额定流体流速或最大可输送静压的函数来看，噪声水平似乎成为了两者的一般对数函数，框架尺寸的影响变得不那么明显。

进/排气口

虽然风扇本身显然是潜在的流动相关噪声源，但在电子系统中，风扇常常在封闭的空间中移动空气，因此它们移动的所有空气必须通过系统另一端的排气（或进气）口。增加这一通风口的尺寸能够降低空气的通过速度，在一段时间内实现特定体积的流量以及驱动该流量所需的静压大小。建议使用面积至少为风扇框架尺寸1.5倍的通风口，以便减少此来源造成的噪声和静压降以及使空气流过系统所消耗的电能。

更多风扇的技术信息, 请查看以下内容

• 浅谈风扇特性
• 为带端子的交流风扇选择风扇线缆
• 风扇及系统曲线
• 浅谈风扇类型
• 反向气流风扇

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作者：Jens Wallmann

关键词: 电机, 电路设计, 开发工具

电池供电的应用，如协作机器人 (cobot)、电动自行车、工业无人机和电动工具等，都需要体积小、重量轻、功能强大的电机。无刷直流 (BLDC) 电机是一个不错的选择，但电机驱动电子元件相当复杂，有许多设计考虑因素。设计人员必须精密调节转矩、速度和位置，同时还要确保高精度，并将振动、噪声和电磁辐射 (EMR) 降到最低。此外，还必须避免使用笨重的散热器和外部线束，以节省重量、空间和成本。

设计人员常常面临的挑战是，在设计要求与时间和预算压力之间做出平衡，同时避免出现代价高昂的开发错误。为了应对这种挑战，设计人员可以利用氮化镓 (GaN) 等快速、低损耗半导体技术，以提供驱动 BLDC 电机所需的功率级。

本文讨论了基于 GaN 的功率级的相对优势，并介绍了 EPC 的一款以半桥拓扑结构实现的样本器件。文中还说明了如何使用相关开发套件来快速启动项目。在此过程中，设计人员将了解到如何利用 Microchip Technology 的 motorBench 开发套件，以最小的编程工作量测量 BLDC 电机的参数，并在无传感器磁场定向控制 (FOC) 模式下操作电机。

GaN 的优势

为了高效控制电池应用中的 BLDC 电机，开发人员需要一种高能效、轻量化、外形尺寸较小的驱动级，可以放在尽可能靠近致动器的地方，例如放在电机外壳内。

绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 稳固耐用，可以在最大 200 kHz 的频率下切换高达 100 MW 的高功率，但不适合必须在高达 80 V 电压下对电池充电进行管理的设备。高接触电阻、续流二极管和开关损耗，以及关断期间的电流拖尾，所有这些因素的组合会导致信号失真、发热过多和杂散辐射。

与 IGBT 相比，金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 开关速度更快，开关损耗和电阻损耗更低，但其栅极电容需要强大的栅极驱动器才能在高开关频率下工作。能够在高频率下工作很重要，因为这意味着设计人员可以使用更小的电子元器件，从而减少整体空间需求。

GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 具有高载流子迁移率，能够以极快的速度和低损耗建立和击穿半导体结。集成 GaN 驱动器（如 EPC 的 EPC23102ENGRT）开关损耗极低，开关频率则很高，支持实现紧凑的器件设计，适合极为狭小的空间。这款单片芯片包含一个带有电平位移器的输入逻辑接口、自举加载电路和栅极驱动电路，以半桥拓扑结构控制 GaN 输出 FET（图 1）。芯片封装经过优化，具有高散热性能和低寄生电感。

图 1：EPC23102 包含控制逻辑、电平位移器、栅极驱动器和半桥拓扑结构的 GaN 输出 FET（左）。芯片封装（右）经过优化，具有高散热性能和低寄生电感。（图片来源：EPC）

更少的废热和更低的 EMR

EPC23102 输出晶体管的典型漏源导通电阻 (RDS(on)) 为 5.2 mΩ（25°C 时）。该晶体管可处理高达 100 V 的电压和最大 35 A 的电流。此外，GaN 器件的横向结构和无本征体二极管特性，使得栅极电荷 (QG) 和反向恢复电荷 (QRR) 特别低。

与具有类似 RDS(on) 的 MOSFET 器件相比，GaN 驱动器的开关损耗最多可降至前者的五分之一。因此，基于 GaN 的逆变器可以在相对较高的脉冲宽度调制 (PWM) 频率（最高可达 3 MHz）和较短的空载时间（小于 50 ns）下运行。

GaN 半导体的开关速度 (dV/dt) 高、温度系数低且采用更小寄生电感的封装设计，最大程度减少了信号失真，进而最大程度减少了 EMR 和开关损耗。这样就降低了对滤波策略的需求，而较小的低成本电容器和电感器则能节省电路板空间。

除了低接触电阻 RDS(on) 外，GaN 器件还有其他优势，例如 GaN 基底具有高导热率、器件封装具有很大的热接触面积，所有这些优势使得 GaN 功率级能够在没有散热器的情况下切换高达 15 A 的电流（图 2）。

EPC23102 还具有将电压从低压侧转换到高压侧通道的稳健电平转换器，这些转换器设计用于在软切换和硬切换情况下工作，甚至可在高负端电压下工作，并避免快速 dV/dt 瞬变（包括来自外部源或相邻相位的瞬变）造成误触发。内部电路集成了逻辑和自举电源充电及禁用功能。当供电电压过低甚至失效时，保护功能可防止输出 FET 意外导通。

即用型电机逆变器评估套件

要调试采用 GaN 技术的三相 BLDC 电机，最简单、最快捷的方法是使用 EPC 的 EPC9176KIT 电机逆变器评估套件。该套件由 EPC9176 电机逆变器板和 DSP 控制器板组成，还包括一个简易的 EPC9147E 控制器插件适配器，用于通过客户特定的主机控制器进行控制。耦合连接器传输以下信号：3 × PWM、2 × 编码器、3 × Uphase、3 × Iphase、UDC、IDC和 2 × 状态 LED。

EPC9176 电机逆变器板是参考设计，为公司内部电路设计提供了便利，而 EPC9147A 控制器板与 Microchip Technology 的 motorBench 开发环境一起使用时，用户无需花时间编码或编程就能快速启动并运行应用。

该三相 BLDC 电机逆变器集成了三个 EPC23102 GaN 半桥驱动器，以控制交流或直流电机和 DC/DC 电源转换器。最大 RDS(on) 为 6.6 mΩ，在高达 28 A 峰值 (Apk) 或 20 A rms (ARMS) 的负载电流和高达 100 V 的开关电压下持续工作时，功率级造成的热损耗非常小。配置为多相 DC/DC 转换时，EPC23102 支持高达 500 kHz 的 PWM 开关频率；对于电机驱动应用，开关频率最高可达 250 kHz。

尺寸为 8.1 × 7.5 cm 的 EPC9176 电机逆变器板包含支持完整电机逆变器所需的所有关键功能电路，包括直流总线电容器、栅极驱动器、稳定辅助电压、相电压、相电流和温度测量，以及针对每相的保护功能和可选的谐波或 EMR 滤波器（图 3）。

该三相 GaN 逆变器在 14 至 65 VDC 的输入电压下工作，切换时不会过冲，因此转矩平稳，运行噪声极小。该板针对低于 10 V/ns 的 GaN 典型高速开关斜坡进行了优化，并且可以选择降低此开关斜坡以操作 DC/DC 转换器。此外，还可以连接两个以不同电平工作的转子位置传感器（霍尔传感器）。

无振动的转矩和低运行噪声

下面通过三相 BLDC 电机的一个实施实例展示空载时间参数化对电机平稳运行和由此产生的噪声的影响。对于基于 GaN FET 的半桥，其高压侧和低压侧 FET 的开关转换锁定时间可以选择为非常短，因为 GaN HEMT 的响应速度极快，不像较慢的 MOSFET 那样会产生寄生过冲。

图 4（左）显示了一款 GaN 逆变器以 500 ns 的 MOSFET 典型空载时间和 40 kHz 的 PWM 频率工作。本应是平稳的正弦相电流却显示出极高的失真，导致转矩纹波和相应的噪声非常高。在图 4（右）中，空载时间降至 50 ns，所得到的正弦相电流使电机平稳运行，噪声非常小。

更小的相电流纹波还意味着定子线圈的磁化损耗更低，而相电压纹波越小，则分辨率越高，对转矩和速度的控制就越精确，对于小型设计中使用的低电感电机更是如此。

对于需要更大功率的电机驱动应用，有两款 GaN 逆变器板可供选择：EPC9167HCKIT (1 kW) 和 EPC9167KIT (500 W)。两者均使用 EPC2065 GaN FET，其最大 RDS(on) 为 3.6 mΩ，最大器件电压为 80 V。EPC9167 板在每个开关位置使用一个 FET，而 EPC9167HC 有两个 FET 并行工作，提供最大 42 Apk (30 ARMS) 的输出电流。EPC2065 GaN FET 在电机控制应用中支持高达 250 kHz 的 PWM 开关频率，在 DC/DC 转换器中支持最高 500 kHz 的开关频率。

EPC9173KIT 中的逆变器板可提供更高的功率 — 最高 1.5 kW。该板构成两个单通道 EPC23101ENGRT GaN 栅极驱动器 IC（只有一个集成高压侧功率 FET）的半桥分支。该板可扩展为降压、升压、半桥、全桥或 LLC 转换器。在有适当散热措施的情况下，它可提供高达 50 Apk (35 ARMS) 的输出电流，能以高达 250 kHz 的 PWM 开关频率工作。

几分钟内启动并运行驱动级

不必编程就能评估 EPC9176 GaN 逆变器板的最快速方法是使用 EPC9147A 控制器接口板。插件模块 (PIM) MA330031-2 包含 Microchip Technology 的 16 位 DSP dsPIC33EP256MC506-I-PT（图 5）。

为了方便操作 DSP 控制器接口，设计人员可以使用 motorBench 开发套件，并且须为其添加：

1. MPLAB X IDE_V5.45 和推荐更新
2. 代码配置器插件（DSP 特定的编译）
3. motorBench 插件 2.35（电机示例）

本讨论中的示例使用 EPC9146 GaN 电机逆变器板，因此：

1. 从针对 EPC914xKIT 的 MCLV-2 或 EPC 项目开始，其名称为“sample-mb-33ep256mc506-mclv2.X”

用户可以简单选择 EPC9146 GaN 电机逆变器板的样本十六进制文件，并使用编程适配器（如 Microchip Technology 用于 16 位微控制器的 PG164100）将其烧写到 DSP dsPIC33EP256MC506。然后便可通过控件手动控制所连接的 BLDC 电机 (Teknic_M-3411P-LN-08D)，并在无传感器 FOC 模式下运行。

如果电机运行不理想或需要配置成其他工作状态，motorBench 还提供了一个可配置的样本文件，烧写该文件之前须进行编译。如上所述，GaN 电机驱动器的一个基本但重要的参数是空载时间，须为 50ns 或更小，在编译 hex 文件之前务必检查此参数。

BLDC 电机的自定义参数

要利用 motorBench IDE 定制 BLDC 电机配置以实现无传感器 FOC 工作，用户可以测量其电机的参数，并在配置文件中输入相关的值。例如，ISL Products International 的 MOT-I-81542-A 电机可以作为这里的测试电机。该电机在 24 V 电压下以 6100 rpm 的转速运行时，功耗约为 361 W。

首先必须确定以下四个电机参数：

• 欧姆电阻：用万用表在定子线圈端子之间测量
• 电感：用万用表在定子线圈端子之间测量
• 极对：要确定极对，设计人员必须将两相短路，让第三相开路，然后手动计算轴转一圈的闩锁数量，再将结果除以 2
• 反电动势 (BEMF)：用示波器在定子线圈端子之间测量。为此，设计人员必须：
  • 将探头夹在两条相线上，第三条相线断开
  • 用手转动电机轴，并记录电压响应
  • 测量最大正弦半波的峰间电压 App 和周期 Thalf（图 6）。

参考上述项目示例，Microchip 为 Teknic M-3411P-LN-08D 电机（8.4 ARMS、八极、转矩 = 1 Nm、额定功率为 244 W）确定了以下参数：

• App = 15.836 Vpp
• Thalf = 13.92 ms
• 极对：pp = 4
• 然后，Microchip 利用公式 1 计算 BEMF 常数 (1000 rpm = 1 krpm)：

公式 1

对于此示例电机（motorBench 使用 10.2 的值）

• RL-L = 800 mΩ 线对线电阻，减去 LCR 仪表引线的 100 mΩ
• 本例中使用 Ld = Lq = 1 mH，尽管测量结果为 932 µH

将确定的参数输入到 motorBench 的子菜单 Configure/PMSM Motor（配置/PMSM 电机）。为此，设计人员可以简单地使用类似电机类型的 XML 配置文件，或者将参数输入到新建的（空）配置文件，然后通过“Import Motor”（导入电机）按钮导入。

总结

GaN 电机驱动器 IC 具有高能效特点，适用于小尺寸、轻量化电池供电的 BLDC 电机驱动器。这些 IC 集成于电机外壳中，得到良好的保护，简化了器件设计和安装，并减少了维护工作。

在参考电路、基于模型的预编程 DSP 控制器和电机开发环境的支持下，BLDC 电机应用的设计和编程人员可以缩短电路设计时间，更加专注于应用开发。

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关键词: LED, 方案, 开发工具

问：电源的选择

当涉及到为你的设计选择电源时，所有的选项和滤波器都会让人应接不暇。本指南将简要介绍选择电源时最重要的因素。

电源为设备提供电流。其目的是将输入电压和电流转换为正确的电流和电压，为设备供电。有些是独立设备，而另一些则内置在设备中，如手机或电脑。电源的其他功能可以包括功率因数校正、电流限制、功率调节，有些包含电池，在停电时可提供一段时间的不间断电源。有关最后一项的信息，请参阅我们网站上线路保护类别中的 不间断电源（UPS）系统。

如果您正在寻找DC/AC转换器，通常称为逆变器，请参阅我们网站上的线路保护类别中的 DC 到 AC（电源）逆变器。

所有电源都有一个连接电源的电源输入，电源可以是插座、电池、发电机、太阳能电池板等。它们还包含一个或多个输出，为负载提供电流。

电源主要有两类：板安装电源和电源 – 外部/内部（板外）。这些主要类别中的每一个都被细分为子类别。在决定是否需要板载或外部/内部电源后，下一步是确定需要哪种电源。电源主要有三种：AC/DC 转换器、DC-DC 开关稳压器 和 LED驱动器 。

• 板安装电源
• 电源 – 外部/内部（板外） 

更多电源的技术信息, 请查看以下内容

• 台式电源用电源线（交流电缆）
• 隔离直流/直流偏压电源中的电源模块
• 选择一个合适的电源替代料
• 2级和II类电源差异
• 电源应用中的简单冲击电流限制

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