當(dāng)前位置:首頁(yè) > 電源 > 功率器件
[導(dǎo)讀]在電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中降低能量消耗有兩種主要的方式:改善馬達(dá)本身的效率和使用可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器來(lái)有效地控制其工作速度。下面將介紹這兩種方法

近些年來(lái),家用電器對(duì)節(jié)能的要求變得越來(lái)越強(qiáng)烈。這是很顯然的,僅電冰箱所消耗的能量就超過(guò)家庭用電量的10%。由于電冰箱的馬達(dá)主要在低速運(yùn)轉(zhuǎn),就有非常大的節(jié)能潛力,通過(guò)在低速驅(qū)動(dòng)器中簡(jiǎn)單改進(jìn)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)效率就能實(shí)現(xiàn)。


同樣,據(jù)估計(jì)工業(yè)用電的65%被電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)所消耗,毫無(wú)疑問(wèn),商家正逐漸意識(shí)到節(jié)能將成為改善收益率和競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵。在電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中降低能量消耗有兩種主要的方式:改善馬達(dá)本身的效率和使用可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器來(lái)有效地控制其工作速度。下面將介紹這兩種方法。

變頻驅(qū)動(dòng)器
馬達(dá)的應(yīng)用已經(jīng)接近100年了,目前較新的應(yīng)用使用了更加高效、簡(jiǎn)捷和輕便的馬達(dá),包括無(wú)刷直流馬達(dá)系列和磁阻切換馬達(dá)系列。無(wú)刷直流馬達(dá)和磁阻切換馬達(dá)都使用一個(gè)MCU或DSP來(lái)合成驅(qū)動(dòng)信號(hào),然后使用MOSFET或IGBT器件作為功率開(kāi)關(guān)進(jìn)行放大。


能耗成本的增加正促使人們重新對(duì)采用變頻驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流馬達(dá)產(chǎn)生了興趣。這些高效而通用的馬達(dá)有很高的扭矩重量比,但是阻礙它們廣泛應(yīng)用的主要因素是驅(qū)動(dòng)電路的高成本和高復(fù)雜性。


設(shè)計(jì)變頻驅(qū)動(dòng)器有幾種不同的方法。常規(guī)三相馬達(dá)的最流行低頻驅(qū)動(dòng)方法是梯形波驅(qū)動(dòng)(見(jiàn)圖1)。

圖1 梯形波控制和實(shí)測(cè)波形


如果需要更高的效率和性能,就必須通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)方法來(lái)產(chǎn)生正弦波。為了更進(jìn)一步的改進(jìn)效率,還可以使用空間向量調(diào)制方法。


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(wú)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(gè)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(gè)相位同時(shí)接通)與矩形六步換向(任何時(shí)候都有一個(gè)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
  
[!--empirenews.page--]智能功率模塊
隨著小型化馬達(dá)的設(shè)計(jì)越來(lái)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(kāi)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(cè)試性。


SPM是一個(gè)驅(qū)動(dòng)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(gè)溫度傳感器來(lái)監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的溫度,有相應(yīng)的控制邏輯來(lái)阻止高端和低端開(kāi)關(guān)管的偶然打開(kāi)、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(dòng)集成電路可以對(duì)開(kāi)關(guān)功率器件優(yōu)化以減少EMI和驅(qū)動(dòng)損耗。

高壓橋驅(qū)動(dòng)器
緊湊、低功耗型模塊為馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器帶來(lái)高壓(600V)橋驅(qū)動(dòng)的變革。這些驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)來(lái)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(guò)-9V的環(huán)境下穩(wěn)定工作。


供電電壓正和負(fù)峰值不會(huì)使驅(qū)動(dòng)器閉鎖和失去柵極控制,而最近十幾年,柵極驅(qū)動(dòng)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(kāi)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(cuò)誤打開(kāi)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(gè)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(kāi)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(dòng)器產(chǎn)品中則是非常普遍的。
  
IGBT:NPT與PT的比較
二十多年來(lái),馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器中的功率開(kāi)關(guān)器件一直是IGBT,它在一定開(kāi)關(guān)頻率下可以降低損耗。對(duì)于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域,這也表明IGBT系列面向消費(fèi)類馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)頻率大約為5kHz,許多工業(yè)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)頻率大約是29kHz,而有些馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器則有更高的驅(qū)動(dòng)頻率。


IGBT不斷革新,每個(gè)開(kāi)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?lái)非常像常規(guī)擊穿IGBT的NPT IGBT是通過(guò)與以往不同的工藝制造的。與MOSFET和常規(guī)IGBT不同,NPT IGBT在晶圓工藝中使用P區(qū)域和底層金屬區(qū)域填充。


NPT IGBT的導(dǎo)通電壓Vce(sat)通常不會(huì)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(zhǎng)時(shí)間短路或過(guò)流條件的能力使它們?cè)?strong>馬達(dá)控制領(lǐng)域非常流行。此外,如果對(duì)比兩種類型IGBT的開(kāi)關(guān)波形,就可以發(fā)現(xiàn)NPT IGBT產(chǎn)生的EMI比PT IGBT低很多。

NPT IGBT有一個(gè)基本是單一斜率的下降時(shí)間
換句話說(shuō),常規(guī)IGBT的下降時(shí)間由一個(gè)dI/dt非常高的區(qū)域和之后一個(gè)非常長(zhǎng)的尾跡組成。在后一個(gè)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(huì)具有影響驅(qū)動(dòng)電路的可能,必須將驅(qū)動(dòng)電路和功率開(kāi)關(guān)管隔離。NPT IGBT的另一個(gè)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(shí)非常重要的參數(shù)。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉