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利用集成功率模块加快电机高效变速驱动的实现

作者:■ 国际整流器公司 Alberto Guerra时间:2004-10-22来源:电子设计应用2004年第9期收藏

电子设计应用2004年第9期

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/3588.htm

在工业应用和家用电器的运动控制方面,越来越多的设计人员开始使用变速电机。与普通的电机相比,变速电机的效率较高,费用较低,音频噪音也较低,产生的电气噪音较小,振动较弱,因而长期可靠性较高。
在用于驱动电机的半导体器件方面,设计人员现在有很多方案可以选择,综合性的解决方案有利于简化电路板的设计,缩短开发时间。
国家整流器公司(IR)正是考虑到这些问题,研制了综合性的硬件和软件设计平台iMOTION。该平台可以设计各种用于大功率和控制的半导体解决方案,而且作为开发工具,可以让工程师实现高效率的电机变速驱动系统。iMOTION系列集成功率是该平台的关键部件,开发速度快、设计风险小、性能较好、材料成本低。

集成功率
该iIMOTION集成功率可以取代二十多个分立元器件,为工程师提供一个全面的功率驱动级,用于在照明工业和家用电器领域越来越多使用变速电机的产品。这些结构紧凑的部件被称作IRAM系列,采用新颖的单列直插封装(SIP),对于功率从400W到2500W的电机驱动系统,这是理想的解决方案。
在IRAM系列中,最近增加了三种先进的新型集成器件:IRAMS06UP60A、IRAMS06UP60B和IRAMS10UP60B。表1列出了这三种新型器件的主要技术指标和规格。
所有新的集成功率模块都由三相功率逆变器、栅极驱动器以及辅助电路组成,整合了IR公司的低损耗IGBT电路与高压、高速、三相驱动集成电路,其绝缘电压为200V(有效值,施加一秒钟时间)。同时新器件还集成了栅极驱动器和自举二极管,且各路均有电压过低监测电路(UVLO)。另外,各路的传播延迟都是一样的,并且提供施密特输入触发信号。 使用这些部件组成完整的电机驱动解决方案时,所需要的只是几个外部元件以及一个主微控制器、微处理器或者数字信号处理器。所以元件数量的减少将节省大量的板上空间。同时,由于连线的长度缩短了,对元件的布置进行了优化,且在内部使用了屏蔽,因而电磁干扰 (EMI)也降低了。
额定电流为6A的IRAMS06UP60A和 IRAMS06UP60B是针对家用电器和小型工业产品中的电机驱动系统而设计的,例如洗衣机、电冰箱中的压缩机或者暖通系统中功率高达400W的风机控制器。其中,IRAMS06UP60A 的发射极是开路的,可以实现多个电流并联反馈,用于复杂的矢量控制环路。
而IRAMS10UP60B内含电流并联反馈,是针对空调机和功率高达750W的节能型洗衣机等电器而设计的。非常适合于采用简化V/Hz控制的电机驱动器,对电路的布置没有限制。
此外,新型IRAMS06 UP60A的引脚与现有的 IRAMS10UP60A及 IRAMX16UP60A兼容,因而便于运动控制设计人员将现有的设计升级,或者增大现有设计的功率。
以上器件均内置有温度过高保护电路和电流过载保护电路,且高压侧驱动器中包含自举二极管,结合单极电源大大简化了电路。另外,所有新的集成功率模块中都设有温度监测器并有同步关断功能。

开发工具
新型IRAM除了本身有很多功能,可以大量地缩短开发时间外,利用IR公司的开发工具以及支持服务,还可以进一步缩短开发时间。其中参考设计中包括三相电机驱动系统和用户图形界面(GUI)软件。在 IRADK10电机参考设计采用了IRAM模块,包括一块演示版,这是一个115~230V的三相变速电机驱动系统,用户可以利用 GUI控制软件显示DC电流以及功率模块和散热器的温度,并且看到驱动器的工作状态、设定各种参数,其中包括电机的工作频率、IGBT导通的死区时间、电机的加速度、PWM的频率,并可限制 IGBT的温度。利用这些工具,工程师可以在新型IRAM模块工作状态下全面评估其性能,并且加速应用这些模块的产品设计。■



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