GANSPIN611 与GANSPIN612：意法半导体首款GaN电机驱动芯片，卓越能效驱动电机系统革新

意法半导体近日推出全新评估板 EVLGANSPIN2-3PH，适配今年1月发布的GANSPIN612，帮助开发者体验新器件，快速完成概念验证。本次发布完善了产品矩阵，与 GANSPIN611 及其配套评估板 EVLGANSPIN13PH 形成互补。两款 GANSPIN 器件均可为电机控制应用提供更高能效的驱动方案，能够在严苛工况下实现系统小型化。两款器件均集成两颗 GaN 功率晶体管与高压栅极驱动器：GANSPIN612 搭载650VGaN 晶体管，导通电阻 RDS (ON)为270mΩ，可支持约300W功率;GANSPIN611 的 GaN 晶体管导通电阻为138mΩ，可以支持高达400W 的功率需求。

能效提升为何是行业持续面临的挑战

全新应用场景与能效法规

在电机控制应用中，设计人员经常需要面对空间紧凑和散热受限等问题。例如，在吹风机、冰箱压缩机或热水循环泵等应用中，电机控制 IC 往往需要靠近加热元件、电机或热水管路等热源布局，从而带来更高的热管理要求。

GANSPIN611

与此同时，随着法规要求日趋严格，制造商也持续寻求降本和小型化设计。以冰箱压缩机为例，提升系统效率就可以省去散热器，并可以采用尺寸更小的 PCB。ST之所以选择这些典型应用场景，是因为公司客户中已有相关需求，亟需更高效的电机控制驱动方案。

材料层面的挑战

提升能效的技术手段十分有限。工程师可以优化电路拓扑、迭代控制算法，也可借助 AI 改善整机运行效率，但材料革新才是突破性能上限的根本途径。功率晶体管的性能上限，很大程度由材料本身的物理属性决定。硅的带隙为1.1eV，电子迁移率为1,400cm²/Vs;而 HEMT GaN 的带隙达到3.4eV，电子迁移率则为2,000cm²/Vs。这意味着，硅器件在高开关频率下存在固有性能瓶颈，这也是工程师开始关注碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带器件的原因。不过，要充分发挥这些材料的优势，也需要全新的设计思路与专用器件。

宽带隙器件的挑战

新材料方案在落地时也伴随全新设计难题。GaN 晶体管会产生更高的瞬态电压，因此栅极驱动器必须应对加剧的电磁干扰以及硬开关工况。在驱动电感负载时，电流还会发生反向流动。GaN 器件的反向导通特性虽与MOSFET 体二极管相近，但压降显著更高，并非所有标准栅极驱动器都可以适配该工况。为此，工程师需要研发全新驱动方案，在保障器件拥有与上一代代产品同等耐用度与可靠性的前提下稳定运行。这也解释了为何 GaN 早已在充电器领域普及，却迟迟未能应用于电机驱动，直至我们的 GANSPIN 系列产品问世。

GANSPIN611 与 GANSPIN612

集成双 GaN 功率晶体管

为满足严苛的能效升级需求，ST 推出了首批 GaN 电机驱器GANSPIN611与GANSPIN612。两款器件均采用半桥拓扑，内置两颗 GaN 功率晶体管。两者最大的区别在于通电阻(RDS (on))不同，因此最大漏源电流也有所区别：GANSPIN611 为10A，GANSPIN612 为5.5A。这种差异化配置使工程师能够根据具体应用灵活选择最适合的器件。此外，两款芯片栅极驱动电路、封装规格完全相同，设计人员仅需依据电气参数切换型号，无需牺牲整机性能。

高效、灵活可调的硬件架构

针对高功率电机驱动方案，传统硅基功率器件逆变器输出功率超过150W 至200 W 时，通常需要配备散热器或加强散热设计。与之相比，GANSPIN611 与GANSPIN612 凭借优异能效，在同等功率区间无需额外散热器;器件典型输出换相速率可达10 V/ns，还支持外部调节GaN开通过程的 dV/dt，进一步优化能效。由于 GaN 器件开关速度极快，因此必须调节电压斜率以抑制潜在电磁干扰。借助可调 dV/dt 功能，工程师可自定义输出斜率，优化整机综合性能。

两块评估板以及一个软件开发套件

想要快速上手GANSPIN611 和GANSPIN612，可选用对应的评估板EVLGANSPIN1-3PH 和EVLGANSPIN2-3PH。两款均搭载STM32G431RB主控，采用三颗 GANSPIN 器件实现3电阻采样磁场定向控制(FOC)。板载 EMI 滤波器，并对 dV/dt 参数进行了调优。用户只需接入带传感器或无传感器电机，即可配置调试 MCU 算法;也可下载ST 的电机控制软件开发套件(MCSDK-PKG)，自主开发电机控制应用。两块评估板都支持100V AC 至230 V AC 的市电输入，便于模拟产品在真实应用环境中的工作条件。