安森美半導體 IPM 方案應用於工業自動化

日期 : 2019-12-25

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智能功率模塊電機控制用於工業應用

在工業化國家，電機消耗的電力超過50％。這些電動機中至少有80％是交流感應電機（ACIM），平均能效僅44%。不斷上漲的電力成本正在緩慢推動法規和準則要求提高住宅和工業應用中使用的電機能效。提高能效主要有兩個途徑：

1) 使用智能電子控制更高效地驅動感應電機

2) 從ACIM轉向永磁無刷直流（BLDC）電機

這兩個途徑都需要基於功率半導體的逆變器。在其核心，交流線路的三相電機逆變器包括以下電路塊：

EMI濾波器
輸入橋整流– 整流器
功率因數校正(PFC) – IGBT，碳化矽(SiC)二極體，MOSFET
逆變輸出橋– 智能功率模塊(IPM)，IGBT
電流檢測– 電流檢測放大器，運算放大器(運放)
高壓離線電源– 功率因數控制器

術語“工業電機控制”涵蓋廣泛的終端應用、環境和最終的規格。該框圖代表由交流線路供電的中功率電機控制的最大部分，所連接的電機功率範圍為0至7.5馬力(hp)。在這些功率水平下，取決於安裝位置，交流輸入電壓通常為120至460 VAC。一些位置將具有單相電源，而其他位置將提供三相連接。為了滿足這些多樣化的應用條件，電機控制設計人員必須可以選擇同樣多樣化的功率半導體和相關支援。安森美半導體擁有廣泛的產品陣容，提供數百至數千種可行的方案，可根據目標規格用於各種不同模塊中。這包括我們的電機專用功率矽產品線，這些產品因性能、可靠性、靈活性和高性價比的設計而聞名整個行業。

安森美半導體除了具有寬廣的產品陣容，還提供完整的系統方案，採用交流線路供電的三相電機逆變器。智能功率模塊（IPM）提供集成驅動電路的三相逆變器，採用熱優化的封裝，額定功率範圍為50W 至 10kW。IPM是高度集成的半導體模塊，等效於上述功率半導體及許多無源分立器件。

無論如何，1個典型的IPM可取代45至100個分立器件。它們被設計為具有容錯能力、PCB易用、與散熱器兼容，且易於與控制器IC接口。此外，它們從熱接口到散熱器內置> = 2kV的隔離。這些高密度模塊是理想的低電磁干擾(EMI)方案，符合嚴格的安全法規。IPM是10 hp以下工業電機控制的首選方案。功率集成模塊（PIM），功率從10 hp到>100 hp。重要的是不要混淆三相電機的輸出與交流線路輸入電源的相數。它們是不相干的。大多數由變頻電機控制驅動的工業電機都採用三相繞組。我們的IPM專為驅動各種類型的三相電機而設計：交流感應電機（ACIM）、無刷直流電機（BLDC）、無刷交流電機（BLAC）和永磁同步電機（PMSM）是最受歡迎的。除了用於三相電機（ACIM、BLDC、BLAC、PMSM等）的功率半導體方案之外，我們還提供完整的永磁直流（PMDC）電機和步進電機方案。

電流和電壓檢測是所有工業電機控制的核心。為了確保以適當的間隔為每個電機繞組提供電流，高精度、零漂移運算放大器產品陣容提供高性價比且可靠的產品，以監測並向微控制器報告相位電流，從而確定下一個逆變器點火支路。