全球約30%的發(fā)電量用于驅動(dòng)工業(yè)應用中的電機。按絕對值計算，預計到2040年，世界工業(yè)部門(mén)的能源消耗量將翻一番。隨著(zhù)人們對能源成本和有限資源在環(huán)境和財政方面的認識的提高，提高用電驅動(dòng)電動(dòng)機效率的必要性變得更加突出。

 

低壓驅動(dòng)器的要求

 

在低壓市場(chǎng)(標準型和緊湊型)中，應用可分為輕型或重型。與驅動(dòng)器觀(guān)點(diǎn)的主要區別在于，輕型電機和控制裝置通常必須在加速期間(如泵和風(fēng)扇應用)維持110%的逆變器輸出電流過(guò)驅動(dòng)(圖1)。重型電機和控制裝置通常需要設計成能夠承受高達150%額定逆變器電流的過(guò)驅動(dòng)。這種較高的過(guò)載電流是由于傳送帶的加速階段造成的。

 

圖1:過(guò)載能力定義為在110%(輕型/正常負載)和150%(重載)之間加速運行期間高于額定電流的時(shí)間。

 

用于驅動(dòng)器的IGBT7

 

電機驅動(dòng)系統的獨特性和特殊性為IGBT的設計提供了新的途徑。有了正確的IGBT技術(shù)，就有可能創(chuàng )造出更適合滿(mǎn)足這些需求的模塊。這是英飛凌采用的最新一代IGBT技術(shù)，即IGBT7。在芯片層面，IGBT7采用了微模式溝槽(MPT)，其結構有助于顯著(zhù)降低正向電壓并提高漂移區的電導率。對于中等開(kāi)關(guān)頻率的應用，如電機驅動(dòng)，IGBT7比前幾代產(chǎn)品顯著(zhù)降低了損耗。

 

IGBT7比上一代(IGBT4)提供的另一個(gè)改進(jìn)是自由輪二極管，它也針對驅動(dòng)應用進(jìn)行了優(yōu)化。此外，發(fā)射極控制二極管EC7的正向壓降現在比EC4二極管的正向壓降低100毫伏，具有改進(jìn)的反向恢復軟性。

 

伺服驅動(dòng)用SiC mosfet

 

隨著(zhù)自動(dòng)化程度的提高，對伺服電機的需求也相應增加。他們將精確運動(dòng)控制與高扭矩水平相結合的能力使其非常適合自動(dòng)化和機器人技術(shù)。

 

英飛凌利用其制造專(zhuān)業(yè)知識和長(cháng)期經(jīng)驗，開(kāi)發(fā)了一種SiC溝槽技術(shù)，其性能高于IGBT，但具有相當的魯棒性，例如短路時(shí)間為2µs甚至3µs。英飛凌mosfet還解決了SiC器件固有的一些潛在問(wèn)題，例如不需要的電容性開(kāi)啟。此外，工業(yè)標準的TO247-3封裝中提供了sic mosfet，現在在TO247-4封裝中有更好的開(kāi)關(guān)性能。除了這些TO封裝外，SiC MOSFET還提供Easy 1B和Easy 2B封裝。

 

1200伏冷卻系統™ 與相應的IGBT替代品相比，MOSFET提供了高達80%的開(kāi)關(guān)損耗，其額外的優(yōu)點(diǎn)是損耗與溫度無(wú)關(guān)。然而，與IGBT7一樣，開(kāi)關(guān)動(dòng)作(dv/dt)也可以通過(guò)柵極電阻進(jìn)行控制，從而提供更大的設計靈活性。

 

圖2:SiC MOSFET簡(jiǎn)化了電機中的逆變器集成

 

因此，使用Cool SiC的驅動(dòng)器解決方案™ MOSFET技術(shù)可以實(shí)現高達50%的損耗降低(假設dv/dt類(lèi)似)，基于較低的恢復、開(kāi)啟、關(guān)閉和開(kāi)啟狀態(tài)損耗。Cool SiC公司™ MOSFET的傳導損耗也比IGBT低，特別是在輕負載條件下。

 

除了整體效率更高和損耗更低之外，由SiC技術(shù)實(shí)現的更高的開(kāi)關(guān)頻率對動(dòng)態(tài)控制環(huán)境中的外部和集成伺服驅動(dòng)器都有直接的好處。因為在不斷變化的電機負載條件下，電機電流的響應更快。

 

在將整流器、斬波器和逆變器集成到單個(gè)模塊中時(shí)，在功率密度和開(kāi)關(guān)效率方面具有優(yōu)勢，電機驅動(dòng)器還需要閉環(huán)系統才能正確有效地工作。

 

更具體地說(shuō)，無(wú)論使用何種開(kāi)關(guān)技術(shù)，都必須有正確的門(mén)驅動(dòng)器解決方案。柵極驅動(dòng)器需要將用于開(kāi)關(guān)設備開(kāi)關(guān)的低壓控制信號轉換為開(kāi)關(guān)本身所需的高壓驅動(dòng)信號。通常，控制信號將來(lái)自主機處理器。由于每種開(kāi)關(guān)技術(shù)在輸入電容和驅動(dòng)電平方面都有其獨特的特性，因此與合適的柵極驅動(dòng)器相匹配是至關(guān)重要的。作為目前使用的所有電源技術(shù)的開(kāi)發(fā)商和供應商，英飛凌為其Si-mosfet、Si-igbt、SiC-mosfet和GaN-HEMTs提供優(yōu)化的柵極驅動(dòng)器。

 

控制回路的最后一個(gè)同樣重要的部分是傳感器，它在電機和控制器之間提供部分反饋。通常使用電流傳感器來(lái)達到這一目的。英飛凌已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種霍爾效應解決方案，消除了對鐵磁集中器的需要，使其更簡(jiǎn)單，侵入性更小。這使它成為完全集成伺服電機的理想選擇。

 

森西夫號™ 電流傳感器的范圍，如TLI4971，是差動(dòng)霍爾電流傳感器，提供高磁場(chǎng)范圍和低偏移值。此外，它們沒(méi)有磁滯現象，并且具有良好的雜散場(chǎng)抗擾性。由于采用了無(wú)核概念，它們體積小巧，支持高度集成，而超低功耗和功能隔離使它們非常靈活和可靠。

 

 

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