提高電機設計能效的新方法

高壓(600V) 橋式驅動(dòng)技術(shù)

(600V)高壓橋式驅動(dòng)技術(shù)能實(shí)現小型的低成本模塊，以推動(dòng)電機驅動(dòng)電路的變革?，F代的高壓橋柵極驅動(dòng)電路都經(jīng)過(guò)仔細設計，能降低高壓IC芯片工藝固有的寄生漏極電容。這樣，驅動(dòng)電路就非常魯棒，足以承受超過(guò)-9V的負電壓。電源電壓上的正負尖峰電壓不會(huì )造成驅動(dòng)電路發(fā)生閂鎖和柵級控制失效，這是最近10年來(lái)柵極驅動(dòng)電路的一大變化。匹配傳輸延遲小于50ns，可使開(kāi)關(guān)頻率達到100kHz或150kHz。IC內增加的共模dV/dt噪聲消除電路也有助于降低發(fā)生假性導通的可能性，這也有助于使功率電路更加魯棒，同時(shí)還由于省去了額外的濾波部件，而使電路更加緊湊?，F代的IC(如FAN7382和FAN7384)的靜態(tài)電流更小、工作溫度更低，因此可靠性也更高。系統功率板空間和成本的減小體現了模塊化技術(shù)的一大優(yōu)勢，它省去了上一代電機驅動(dòng)電路中常見(jiàn)的4個(gè)電源以及微控制器PC B和功率開(kāi)關(guān) PCB之間的光電耦合電路。

NPT型與PT型IGBT的比較

20年來(lái)，電機驅動(dòng)一直選用IGBT作為功率開(kāi)關(guān)器件。經(jīng)過(guò)設計，IGBT能針對某一開(kāi)關(guān)頻率最大限度地降低損耗。對電機驅動(dòng)行業(yè)來(lái)說(shuō)，這意味需要適用不同頻率范圍的IGBT系列，既有針對某些消費電子產(chǎn)品電機的5kHz開(kāi)關(guān)，也有針對許多工業(yè)用電機的20kHz開(kāi)關(guān)，甚至有針對電機驅動(dòng)以外應用的更高頻率的開(kāi)關(guān)。

IGBT技術(shù)的改進(jìn)(如導通電壓和每個(gè)開(kāi)關(guān)周期的關(guān)閉功耗)也進(jìn)一步提高了可靠性，并降低了模塊成本。在最近5年，常規IGBT在功能方面獲得了巨大的改進(jìn)，新的非穿通型(NPT) IGBT也得到大規模應用。

NPT IGBT雖然看起來(lái)類(lèi)似傳統的穿通型(PT) IGBT，但制造方法大不相同。與MOSFET或傳統IGBT不同，在硅片制作過(guò)程中，NPT IGBT采用P型區和背面金屬區。

NPT IGBT的導通電壓(VCE(SAT))常低于傳統IGBT，或者說(shuō)導通速度慢一些，但它們通常更魯棒，能承受短路或過(guò)流的時(shí)間更長(cháng)。這使其在電機控制應用中得到青睞。此外，如果查看這兩種IGBT的開(kāi)關(guān)波形就會(huì )發(fā)現，NPT IGBT產(chǎn)生的EMI比PT IGBT的低得多。NPT IGBT開(kāi)關(guān)脈沖的下沿基本上是一個(gè)單純的斜坡，而傳統IGBT的卻是一段dI/dt很大的區域，后接一段電流下降速率很慢的長(cháng)尾，且器件的損耗高。在高dI/dt區域，傳統IGBT產(chǎn)生的EMI大，一般都會(huì )影響驅動(dòng)電路，常常需要將功率開(kāi)關(guān)與驅動(dòng)電路進(jìn)行隔離。NPT IGBT的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可與VCE(SAT)形成正溫度系數關(guān)系，這一特點(diǎn)對IGBT并聯(lián)應用非常有用。

飛兆半導體的低導通阻抗600V SuperFET MOSFET系列產(chǎn)品特別采用DPAK(TO-252)封裝，能滿(mǎn)足用于運動(dòng)控制應用的最新超纖巧與薄型器件的要求。為最大限度降低開(kāi)關(guān)和導通損耗，以滿(mǎn)足某些高開(kāi)關(guān)頻率電機控制設計的系統效率要求，這些產(chǎn)品的導通阻抗降低至傳統平面MOSFET的1/3(0.6~1.2歐姆)。此外，這些產(chǎn)品還能承受快速的電壓瞬變(dv/dt)和電流瞬變(di/dt)，使系統能在高開(kāi)關(guān)頻率下可靠地工作。

本文小結

近來(lái)，市場(chǎng)對節能家用電器的需求一直很強勁。在家用電器中，一臺電冰箱的耗電將占整個(gè)家庭耗電的10%以上。由于電冰箱壓縮機主要工作在低速下，因此改進(jìn)低速下的電機驅動(dòng)效率有巨大的節能潛力。為達到這一目的，飛兆半導體基于電冰箱和空調的正弦變頻器，針對無(wú)刷直流電機開(kāi)發(fā)了相應的解決方案。新的電機驅動(dòng)技術(shù)針對高、低速壓縮機電機應用，能進(jìn)一步提高總體驅動(dòng)效率。

據估計，工業(yè)電能中有65% 被電機所消耗，難怪業(yè)界的主要企業(yè)均越來(lái)越重視節能，將其視為提高利潤和競爭力的關(guān)鍵。而答案之一就是節能，尤其是電機的能耗。這主要有兩種方法，即采用變頻調速驅動(dòng)方案高效控制電機的工作速度，實(shí)時(shí)反饋電機運行狀態(tài)等參數，以及提高電機本身的效率和性能，因為可變速驅動(dòng)在提高性能的同時(shí)，還可節能又可提高生產(chǎn)率.