工業(yè)電機(jī)控制系統(tǒng)方案唾手可得

電機(jī)在現(xiàn)代生活中無處不在，從氣候控制、電器和商業(yè)制冷到汽車、工廠和基礎(chǔ)設(shè)施。

根據(jù)國際能源署(International Energy Agency)的數(shù)據(jù)，電機(jī)占全球總電力消耗的 45％，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)電子產(chǎn)品的可靠性和能效會(huì)對世界各地及各種應(yīng)用的舒適性、便利性和環(huán)境產(chǎn)生影響。

一種提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能效的方法是，用變速驅(qū)動(dòng)器代替在 50 / 60 Hz 交流線路電壓下驅(qū)動(dòng)的單速電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電子速度控制和更高的驅(qū)動(dòng)能效。與開 / 關(guān)調(diào)節(jié)方法相比，變速控制還可以提供應(yīng)用層面的高能效。

先進(jìn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心是逆變器級(jí)，它接收輸入的直流電并將其轉(zhuǎn)換成交流電壓，頻率以所需的速度驅(qū)動(dòng)電機(jī)。逆變器含三個(gè)半橋，如圖 2 所示。

逆變器的每個(gè)半橋相都有一個(gè)高邊和低邊開關(guān)，視乎應(yīng)用需求，可以是硅功率 MOSFET，IGBT，碳化硅(SiC)FET 或氮化鎵(GaN) 高電子遷移率晶體管(HEMT)。

例如，轉(zhuǎn)動(dòng)泵或風(fēng)扇，輸送電機(jī)或機(jī)械臂的要求是不同的，工業(yè)應(yīng)用將利用不同的電機(jī)技術(shù)來適應(yīng)每種情況：交流電機(jī)，有刷或無刷直流，永磁同步電機(jī)(PMSM)或開關(guān)磁阻為例。

無論應(yīng)用和技術(shù)的范圍有多廣泛，如果我們探討工廠環(huán)境，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)始終需要滿足以下基本的共同要求：

高能效和可靠性
安全可靠性和集成度
耐用和出色的熱性能

開發(fā)滿足所有這些要求的高效可靠的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器復(fù)雜且耗時(shí)，但是借助安森美半導(dǎo)體的新的電機(jī)開發(fā)套件(MDK)，使這變得簡單。

這綜合原型平臺(tái)包括通用控制器板(UCB)，它連接到擴(kuò)展的電源板選件以創(chuàng)建一個(gè)快速啟動(dòng)平臺(tái)來運(yùn)行您的電機(jī)，從而在設(shè)計(jì)任何硬件之前對系統(tǒng)進(jìn)行快速測試、評(píng)估和優(yōu)化。

圖 4：圖形用戶接口(GUI)

UCB 采用功能強(qiáng)大的賽靈思(Xilinx)公司的 Zynq?-7000 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA) / ARM 系統(tǒng)單芯片(SoC)，適用于高端控制和基于人工智能(AI)的應(yīng)用。UCB 與 Xilinx 開發(fā)工具和庫完全兼容，并與 Trenz Electronic 合作開發(fā)。

這些電源板含安森美半導(dǎo)體的領(lǐng)先功率器件和模塊，及我們廣泛產(chǎn)品陣容中的所有其他必要元器件，以開發(fā)完整的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方案。

首兩款電源板采用我們的智能功率模塊(IPM)，適用于工業(yè)和家用電器電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。IPM 集成用于逆變器的六個(gè)功率開關(guān)、門極驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)熱電偶，其保護(hù)功能包括過壓 / 欠壓鎖定，防擊穿和過流跳閘。

緊湊的 IPM 電源板(SECO-1KW-MCTRL-GEVK)提供了從市電的交流輸入到電動(dòng)機(jī)的交流輸出的完整方案。

額定輸入電壓為 230 Vac，它包括一個(gè) EMC 濾波器和橋式整流器、交錯(cuò)式兩通道功率因數(shù)校正(PFC)和 NFAQ1060L36T IPM 作為逆變器級(jí)，以及輔助電源、測量和保護(hù)。

圖 5：1 kW 板

對于更高的功率水平，SECO-4KW-65SPM31-GEVB 電源板采用 NFAM5065L4B 650 V 智能電源模塊。

它的額定輸入電壓為 400 VDC，可以提供高達(dá) 1 kW 的連續(xù)功率，并可以在短時(shí)間內(nèi)或通過添加散熱器提供高達(dá) 4 kW 的功率。該產(chǎn)品非常適合工業(yè)驅(qū)動(dòng)和商業(yè)暖通空調(diào)和制冷(HVACR)應(yīng)用。

圖 6：4 kW 板

即將推出的是含我們同類最佳的 MOSFET 陣容的一系列電源板。這些電機(jī)驅(qū)動(dòng)板將支持 10 V 至 100 V 的輸入電壓，功率能力高達(dá) 1.2 kW，可滿足電池供電的和中低電壓應(yīng)用，如電動(dòng)工具、機(jī)器人、自動(dòng)機(jī)器人和無人機(jī)。

圖 7：MOSFET 板展示

我們還開發(fā)了更多電源板，突出我們廣泛的 IPM 陣容及新模塊針對更高功率的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。模塊化設(shè)計(jì)還讓我們能夠采用一系列 PFC 方案，從而能夠自由組合和匹配功率轉(zhuǎn)換級(jí)，以根據(jù)您的要求進(jìn)行優(yōu)化。

安森美半導(dǎo)體的新的電機(jī)開發(fā)套件(MDK)含一個(gè)通用控制平臺(tái)的通用控制器板(UCB)，和一系列不斷擴(kuò)展的電源板，以快速測試和評(píng)估全面的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案。

基于緊湊的 IPM 的 1 kW 600 V 板和基于 SPM31 的 4 kW 650 V 板都將在 2020 年第四季度推出。

還有一個(gè)基于安森美半導(dǎo)體 TMPIM 技術(shù)的電源板將于 2021 年第一季度發(fā)布，以驅(qū)動(dòng)高達(dá) 10 kW 的電機(jī)。安森美半導(dǎo)體將把更多電源板和擴(kuò)展的設(shè)計(jì)支持添加到 MDK 生態(tài)系統(tǒng)中。