提高電機(jī)設(shè)計(jì)能效的新方法

高壓(600V) 橋式驅(qū)動(dòng)技術(shù)

(600V)高壓橋式驅(qū)動(dòng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)小型的低成本模塊，以推動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的變革?，F(xiàn)代的高壓橋柵極驅(qū)動(dòng)電路都經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計(jì)，能降低高壓IC芯片工藝固有的寄生漏極電容。這樣，驅(qū)動(dòng)電路就非常魯棒，足以承受超過-9V的負(fù)電壓。電源電壓上的正負(fù)尖峰電壓不會(huì)造成驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生閂鎖和柵級(jí)控制失效，這是最近10年來柵極驅(qū)動(dòng)電路的一大變化。匹配傳輸延遲小于50ns，可使開關(guān)頻率達(dá)到100kHz或150kHz。IC內(nèi)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(dǎo)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(xiàn)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(tǒng)功率板空間和成本的減小體現(xiàn)了模塊化技術(shù)的一大優(yōu)勢，它省去了上一代電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中常見的4個(gè)電源以及微控制器PC B和功率開關(guān) PCB之間的光電耦合電路。

NPT型與PT型IGBT的比較

20年來，電機(jī)驅(qū)動(dòng)一直選用IGBT作為功率開關(guān)器件。經(jīng)過設(shè)計(jì)，IGBT能針對(duì)某一開關(guān)頻率最大限度地降低損耗。對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行業(yè)來說，這意味需要適用不同頻率范圍的IGBT系列，既有針對(duì)某些消費(fèi)電子產(chǎn)品電機(jī)的5kHz開關(guān)，也有針對(duì)許多工業(yè)用電機(jī)的20kHz開關(guān)，甚至有針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以外應(yīng)用的更高頻率的開關(guān)。

IGBT技術(shù)的改進(jìn)(如導(dǎo)通電壓和每個(gè)開關(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(guī)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(guī)模應(yīng)用。

NPT IGBT雖然看起來類似傳統(tǒng)的穿通型(PT) IGBT，但制造方法大不相同。與MOSFET或傳統(tǒng)IGBT不同，在硅片制作過程中，NPT IGBT采用P型區(qū)和背面金屬區(qū)。

NPT IGBT的導(dǎo)通電壓(VCE(SAT))常低于傳統(tǒng)IGBT，或者說導(dǎo)通速度慢一些，但它們通常更魯棒，能承受短路或過流的時(shí)間更長。這使其在電機(jī)控制應(yīng)用中得到青睞。此外，如果查看這兩種IGBT的開關(guān)波形就會(huì)發(fā)現(xiàn)，NPT IGBT產(chǎn)生的EMI比PT IGBT的低得多。NPT IGBT開關(guān)脈沖的下沿基本上是一個(gè)單純的斜坡，而傳統(tǒng)IGBT的卻是一段dI/dt很大的區(qū)域，后接一段電流下降速率很慢的長尾，且器件的損耗高。在高dI/dt區(qū)域，傳統(tǒng)IGBT產(chǎn)生的EMI大，一般都會(huì)影響驅(qū)動(dòng)電路，常常需要將功率開關(guān)與驅(qū)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(shù)關(guān)系，這一特點(diǎn)對(duì)IGBT并聯(lián)應(yīng)用非常有用。

飛兆半導(dǎo)體的低導(dǎo)通阻抗600V SuperFET MOSFET系列產(chǎn)品特別采用DPAK(TO-252)封裝，能滿足用于運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用的最新超纖巧與薄型器件的要求。為最大限度降低開關(guān)和導(dǎo)通損耗，以滿足某些高開關(guān)頻率電機(jī)控制設(shè)計(jì)的系統(tǒng)效率要求，這些產(chǎn)品的導(dǎo)通阻抗降低至傳統(tǒng)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(tǒng)能在高開關(guān)頻率下可靠地工作。

本文小結(jié)

近來，市場對(duì)節(jié)能家用電器的需求一直很強(qiáng)勁。在家用電器中，一臺(tái)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(jī)主要工作在低速下，因此改進(jìn)低速下的電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率有巨大的節(jié)能潛力。為達(dá)到這一目的，飛兆半導(dǎo)體基于電冰箱和空調(diào)的正弦變頻器，針對(duì)無刷直流電機(jī)開發(fā)了相應(yīng)的解決方案。新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)針對(duì)高、低速壓縮機(jī)電機(jī)應(yīng)用，能進(jìn)一步提高總體驅(qū)動(dòng)效率。

據(jù)估計(jì)，工業(yè)電能中有65% 被電機(jī)所消耗，難怪業(yè)界的主要企業(yè)均越來越重視節(jié)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(jié)能，尤其是電機(jī)的能耗。這主要有兩種方法，即采用變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)方案高效控制電機(jī)的工作速度，實(shí)時(shí)反饋電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)，以及提高電機(jī)本身的效率和性能，因?yàn)榭勺兯衮?qū)動(dòng)在提高性能的同時(shí)，還可節(jié)能又可提高生產(chǎn)率.