馬達(dá)設(shè)計中提升更高的效率

　　具有永磁體的三相同步馬達(dá)有兩種主要的類型：正弦脈沖調(diào)制(PM)同步馬達(dá)和梯形無刷直流馬達(dá)。二者在許多方面是相同的(例如，二者都是電子換向的)，但也有兩個主要的差別。

　　●馬達(dá)的結(jié)構(gòu)

　　正弦控制波形馬達(dá)與梯形控制波形馬達(dá)的BEMF感生電壓的形狀不同。

　　●控制方式

　　控制電壓波形不同，分別是三相正弦波形(所有三個相位同時接通)與矩形六步換向(任何時候都有一個相位不接通)。

　　正弦脈沖調(diào)制(PM)同步馬達(dá)日益流行，在非常多的應(yīng)用中替代了有刷直流常規(guī)馬達(dá)和其他類型的馬達(dá)。主要的原因是它可以提供更好的可靠性而不需要電刷，以及有更高的效率、更低的噪聲和其他優(yōu)點(diǎn)(如圖2所示)。

　　圖2內(nèi)置永磁同步馬達(dá)(IPMSM)向量控制系統(tǒng)框圖

　　智能功率模塊

　　隨著小型化馬達(dá)的設(shè)計越來越容易，智能功率模塊(SPM)提供了與MCU或DSP的功率接口。這些模塊相比分立元件方案的主要優(yōu)點(diǎn)是降低了寄生自感和具有更高的可靠性，這是由于模塊中所有開關(guān)器件都使用了相同類型的基底。因此，它們具有相同的特性，以及很好的可測試性。

　　SPM是一個驅(qū)動電路，可以直接與微控制器的低壓TTL或CMOS輸出引腳，以及其他保護(hù)電路連接。模塊有一個溫度傳感器來監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的溫度，有相應(yīng)的控制邏輯來阻止高端和低端開關(guān)管的偶然打開、死區(qū)控制，以及波形整形電路以降低EMI。這些模塊的驅(qū)動集成電路可以對開關(guān)功率器件優(yōu)化以減少EMI和驅(qū)動損耗。

　　高壓橋驅(qū)動器

　　緊湊、低功耗型模塊為馬達(dá)驅(qū)動器帶來高壓(600V)橋驅(qū)動的變革。這些驅(qū)動器經(jīng)過精心設(shè)計來減少內(nèi)部高壓集成電路工藝中的寄生漏-源極電容，因此可以在標(biāo)準(zhǔn)負(fù)電壓超過-9V的環(huán)境下穩(wěn)定工作。

　　供電電壓正和負(fù)峰值不會使驅(qū)動器閉鎖和失去柵極控制，而最近十幾年，柵極驅(qū)動器卻發(fā)生了很大的改變。如果傳輸延遲低于50ns，就可以使開關(guān)頻率高達(dá)100或150kHz。

　　集成電路內(nèi)部的共模dv/dt噪聲吸收電路有助于降低錯誤打開的可能性，并使功率電路更加穩(wěn)固，而且不需要額外的濾波電路就能夠使體積更加緊湊。低靜態(tài)電流的現(xiàn)代集成電路，例如FAN7382和FAN7384，能降低工作溫升，因而增加可靠性。

　　另外一個更大的優(yōu)點(diǎn)是減少了電路板的面積和成本，它替代了在微控制器PCB和功率開關(guān)PCB之間的四種隔離供電和光耦合隔離電路，而這在早先一代的馬達(dá)驅(qū)動器產(chǎn)品中則是非常普遍的。

　　IGBT：NPT與PT的比較

　　二十多年來，馬達(dá)驅(qū)動器中的功率開關(guān)器件一直是IGBT，它在一定開關(guān)頻率下可以降低損耗。對于馬達(dá)驅(qū)動器領(lǐng)域，這也表明IGBT系列面向消費(fèi)類馬達(dá)的驅(qū)動頻率大約為5kHz，許多工業(yè)馬達(dá)的驅(qū)動頻率大約是29kHz，而有些馬達(dá)驅(qū)動的驅(qū)動器則有更高的驅(qū)動頻率。

　　IGBT不斷革新，每個開關(guān)周期中的導(dǎo)通電壓和關(guān)閉能量與模塊的可靠性和低成本都有很大的關(guān)系。最近五年，常規(guī)IGBT的能力得到了巨大的改進(jìn)，而且新興的非擊穿IGBT更加普及?？雌饋矸浅Ｏ癯Ｒ?guī)擊穿IGBT的NPTIGBT是通過與以往不同的工藝制造的。與MOSFET和常規(guī)IGBT不同，NPTIGBT在晶圓工藝中使用P區(qū)域和底層金屬區(qū)域填充。

　　NPTIGBT的導(dǎo)通電壓Vce(sat)通常不會比常規(guī)IGBT的高，或者至少一樣低。然而，它們通常更加穩(wěn)固。可以承受相當(dāng)長時間短路或過流條件的能力使它們在馬達(dá)控制領(lǐng)域非常流行。此外，如果對比兩種類型IGBT的開關(guān)波形，就可以發(fā)現(xiàn)NPTIGBT產(chǎn)生的EMI比PTIGBT低很多。

　　NPTIGBT有一個基本是單一斜率的下降時間

　　換句話說，常規(guī)IGBT的下降時間由一個dI/dt非常高的區(qū)域和之后一個非常長的尾跡組成。在后一個區(qū)域，電流的下降速率非常低，而且器件損耗非常高。在高dI/dt的區(qū)域，常規(guī)IGBT所產(chǎn)生的EMI是很高的，通常會具有影響驅(qū)動電路的可能，必須將驅(qū)動電路和功率開關(guān)管隔離。NPTIGBT的另一個優(yōu)點(diǎn)是，它可以采用Vce(sat)是正溫度系數(shù)的工藝制造，這是并聯(lián)IGBT時非常重要的參數(shù)。