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针对交流、BLDC、伺服和工业电机控制的栅极驱动方案

时间:2020-06-09 作者:Maurizio Di Paolo Emilio 阅读:
在选择理想的电机之前,工程师需要首先了解负载的重量和体积以及所需的运转速度。因此,电机在一定负载下的工作区域必须低于电机的扭矩曲线。确定电机大小的标准方法是假设“极限”状态,以确保合理的工作裕量。本文提供几种用于电机控制的栅极驱动器解决方案。
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电动机是一种将电能转换为机械能的设备,可用于驱动与之联动的铰接式机械设备。电动机必须能够从零速开始产生很大的扭矩,并在整个负载范围内保持高效,同时还需要具有简单的驱动和控制系统。ARQEETC-电子工程专辑

直流电机以连续的方式使用电能。它们通常功率较小,特别适合需要低驱动扭矩和一定操作灵活性的应用。交流电机使用单相或三相交流电驱动,分为同步电机和异步电机。其中,同步电机的转速与正弦电流的频率紧密相关。ARQEETC-电子工程专辑

在选择理想的电机之前,工程师需要首先了解负载的重量和体积以及所需的运转速度。因此,电机在一定负载下的工作区域必须低于电机的扭矩曲线。确定电机大小的标准方法是假设“极限”状态(换句话说,确定应用所要求的扭矩和速度峰值),以确保合理的工作裕量。ARQEETC-电子工程专辑

交流电机

从通风到液体和固体物料的运输,可靠的交流电机对许多工业生产流程都是必不可少的。交流电机驱动设计人员一直在努力节省能源并减小尺寸。例如,Power Integrations公司的栅极驱动器解决方案就很好地集成了紧凑、标准和优质的交流电机驱动器。ARQEETC-电子工程专辑

该公司的SID11x2K系列以标准eSOP封装的单通道IGBT和MOSFET驱动器为代表。该系列采用固体绝缘体FluxLink技术提供增强型电气隔离。其8 A峰值输出电流能够驱动高达600 A(典型值)的设备,而无需任何其他有源组件。ARQEETC-电子工程专辑

图1: SID11x2K典型应用原理图ARQEETC-电子工程专辑

SID1183K系列同样是标准eSOP封装的单通道IGBT和MOSFET驱动器,但具备一些附加功能,如带有高级软关断(ASSD)功能的短路保护(DESAT),和用于初级侧、次级侧的欠压锁定保护(UVLO),以及带温度和过程补偿输出阻抗的轨到轨输出功能,可确保设备在恶劣条件下也能安全运行。ARQEETC-电子工程专辑

图2: SID1183K典型应用原理图ARQEETC-电子工程专辑

SID1183K系列具有260 ns的低传播延迟时间、±5ns的传播延迟抖动,且具备高共模瞬变抗扰度。其FluxLink技术可实现初级侧和次级侧之间的安全隔离。ARQEETC-电子工程专辑

直流电机

相比有刷电机,无刷直流电机(BLDC)具有更高的效率和可靠性,其应用范围也越来越多地涉及家用电器和消费电子产品。随着这些应用能效标准的不断提高,电源转换技术也需要不断改进以最大程度地降低总功耗并简化设计。ARQEETC-电子工程专辑

驱动器是BLDC控制的基本组件。它是一种功率放大器,可以产生输出电压来驱动H桥电路的高电流、高侧和低侧IGBT栅极。Power Integrations的BridgeSwitch系列产品可用于功率高达400 W的BLDC发动机。该高压半桥电机的效率达到99.2%,无需散热器,而且减少了软件认证的时间和费用。ARQEETC-电子工程专辑

BridgeSwitch驱动器系列具有先进的FREDFET功能(快恢复二极管场效应晶体管)和集成无损电流检测功能。ARQEETC-电子工程专辑

其出色的效率与IHB驱动器的分布式散热结构相结合可以降低系统的重量与成本。集成无损电流检测系统、总线电压检测电路和系统范围热检测电路,使得该系列驱动器成为家用电器BLDC电机的理想选择。ARQEETC-电子工程专辑

工业电机

工业电机和中压驱动器必须经久耐用,可确保在恶劣环境条件下的高可靠性和可用性。Power Integrations公司也可以为工业电机提供栅极驱动器解决方案,支持多级拓扑以及H桥串联MVD。ARQEETC-电子工程专辑

图3: 2SC0435T功能框图ARQEETC-电子工程专辑

2SC0435T是一款工业应用紧凑型驱动器,占板面积仅为57.2 x 51.6 mm,厚度仅为20 mm。与传统解决方案相比,SCALE-2 +芯片组可将组件数量减少85%,从而显著提高设备得可靠性并降低成本。该器件提供完整的双通道驱动器内核,包括驱动需要的所有组件,比如隔离式DC / DC转换器、短路保护电路,以及电源电压监控。其双输出通道中的每个通道都与初级和次级通道进行了电气隔离。ARQEETC-电子工程专辑

伺服电机

伺服电机的工作原理与步进电机类似,但存在一些基本差异。在传统的伺服系统中,控制器通过脉冲/方向或模拟位置、速度或转矩命令将信号发送到电机驱动器。下一代控制器采用Fieldbus结构,驱动器传送每个电机相位所需的正确电流量,电机将之反馈到驱动器,如有必要再返回到控制器。驱动器根据该信息来正确切换转子并发送有关动轴位置的可靠数据。 因此,伺服电机被认为是“闭环”的,它集成了编码器(反馈),由编码器不断将位置发送给控制器。ARQEETC-电子工程专辑

Power Integrations的高可靠性栅极驱动器产品系列,从IC、驱动器内核,到即插即用的驱动器,均具备高集成度、增强的安全功能以及经过认证的隔离功能。其双通道栅极驱动器内核2SC0106T配备了新型SCALE-2 +芯片组,是一款高性能双通道IGBT/MOSFET栅极驱动器内核,适用于功率范围为37 kW至110 kW的1200 V IGBT。2SC0106T的集电极电流高达450A,可以驱动600V至1200V的IGBT,其开关频率高达50kHz。2SC0108T是一款新型SCALE-2双驱动器内核,它具备紧凑型设计、高可靠性和广泛的适用性等特点。ARQEETC-电子工程专辑

2SC0108T可驱动所有常规IGBT模块,比如600 A/1200 V或450 A/1700 V 。2SC0108T结合了完整的双通道驱动器内核和所有驱动组件,如隔离式DC/DC转换器、短路保护以及电源电压监控。ARQEETC-电子工程专辑

(参考原文:Gate Driver Solutions for Motor ControlARQEETC-电子工程专辑

责编:Amy GuanARQEETC-电子工程专辑

本文将刊登于《电子工程专辑》2020年7月刊,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅 ARQEETC-电子工程专辑

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