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 企業(yè)新聞 => 基于平臺的變速電動機(jī)方案開發(fā) 【打印此頁】 【返回】
發(fā)布日期：[2006/7/12]    共閱[1221]次
    從家庭中常用的冰箱幌氮、洗衣機(jī)株速、洗碗機(jī)到工廠及加工廠的水泵和風(fēng)扇躏啰、以及辦公室里的空調(diào)系統(tǒng)床嫌，中小型電機(jī)都需要得到有效的控制僻匿。在商業(yè)送丰、工業(yè)和家庭環(huán)境中，我們對電動機(jī)的依賴無處不在肩民，據(jù)估計電動機(jī)消耗的電能占據(jù)了全球電能消耗的50%以上唠亚。 然而，問題在于絕大部分電動機(jī)都不是非常有效持痰，就像感應(yīng)電動機(jī)灶搜、交直流兩用電動機(jī)和不經(jīng)濟(jì)的電動機(jī)械驅(qū)動器那樣效率低下」で希考慮到環(huán)保割卖、立法和商業(yè)，以及結(jié)合基于電動機(jī)設(shè)備消耗大量的能源患雏，對于工程師來說很有必要找出改善電機(jī)效率的方法鹏溯。 以冰箱為例，它大約占家用電能的15%淹仑，其中大部分電能被浪費(fèi)在將熱量泵出冰箱的過程中丙挽。傳統(tǒng)的冰箱所配備的單相感應(yīng)電動機(jī)僅以全速工作，當(dāng)(冰箱)內(nèi)部溫度上升到期望的溫度時匀借，壓縮電機(jī)就相應(yīng)啟動颜阐；當(dāng)達(dá)到期望的溫度時，電動機(jī)就停止工作裤泄∪料迹或以洗衣機(jī)為例，其中大部分電能被用于加熱大量的水几崔，從而進(jìn)一步提高效率的辦法可能是減少洗衣期間所需要的用水量虽捺。 再以空調(diào)為例，它是家庭和辦公室中典型的影塑、最大的電能消費(fèi)者蝎蚣，里面可能有多個電動機(jī)(用于風(fēng)扇和壓縮機(jī))，增加了浪費(fèi)電能的機(jī)會徘繁。最近特別發(fā)布了相關(guān)的法令以提高周期性能效比(SEER)淹误，在中國這樣的國家中，空調(diào)機(jī)的使用量在不過五年之間內(nèi)就增長了大約400%示祭。 變速電動機(jī)控制 這些應(yīng)用的共同點(diǎn)在于通過用基于逆變器的、變速陋晒、永磁同步電動機(jī)(PMSM)運(yùn)動控制來替代傳統(tǒng)的感應(yīng)電動機(jī)(AM1)咽蚣，工程師可以設(shè)計出極高效率的電動機(jī)化焕。提高效率會降低營業(yè)成本，并滿足了降低用電量的環(huán)保和立法的要求铃剔。其它的好處在于：變速解決方案產(chǎn)生更小的聲學(xué)噪音和電噪聲撒桨；工作產(chǎn)生的振動更低；產(chǎn)品的可靠性更高及電動機(jī)的控制更精確键兜。工程師因而能將更多的功能設(shè)計到目標(biāo)應(yīng)用之中凤类。 迄今為止，實現(xiàn)變速電動機(jī)面臨的挑戰(zhàn)是在不增加系統(tǒng)成本的情況下運(yùn)用電動機(jī)控制技術(shù)普气。這是個很大的挑戰(zhàn)谜疤，因為變速解決方案需要更復(fù)雜精密的驅(qū)動和控制電路。這樣的復(fù)雜性典型地讓許多國內(nèi)OEM無法進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部的開發(fā)现诀。然而夷磕，上市時間和成本約束也意味著，購買最新的仔沿、預(yù)先封裝的電動機(jī)驅(qū)動并利用系統(tǒng)集成商的做法一般也不能獨(dú)立發(fā)展坐桩。因此，在變速電動機(jī)設(shè)計和實現(xiàn)的過程中封锉，需要降低成本爬蜜、縮短時間和控制風(fēng)險的新方法。為了滿足這種需求假凿，要采用集成的披痕、基于平臺的電動機(jī)控制技術(shù)，在提供面向特定應(yīng)用的配置靈活性的同時番雀，讓“構(gòu)建模塊”能被組合到實現(xiàn)變速電動機(jī)驅(qū)動所需要的功能之中吐莲。 IR公司用于變速電動機(jī)控制的平臺--稱為iMOTION——為設(shè)計工程師提供了一種不需要位置傳感器的、實現(xiàn)節(jié)能阶押、變速正弦曲線電流控制的綜合系統(tǒng)級方法陪瘟。該平臺為設(shè)計工程師提供了配置變速電動機(jī)控制好處所需要的一切。用于空調(diào)機(jī)的iMOTION平臺方案現(xiàn)在就可以(從IR)得到脱刷，并配備針對家用電器的解決方案阐逗。 模擬的構(gòu)建模塊iMOTION平臺構(gòu)建模塊由數(shù)字控制器IC、模擬柵極驅(qū)動器饮码、保護(hù)IC和功率平臺組成韵谋，它受到各種易用開發(fā)和支持工具的支持，包括參考設(shè)計氏篇、基于GUI的編程工具和文件振诬。在此，我們將從最近發(fā)布的IRS2136D家族出發(fā)，來仔細(xì)分析該平臺的模擬單元赶么。 IRS2136D家族是一系列組合了三相功率MOSFET和IGBT驅(qū)動器功能的高速肩豁、高電壓集成器件，并將綜合保護(hù)能力集成到單顆緊湊器件之中辫呻。封裝選項包括28引腳SOIC或PDIP封裝套(doormats)或44引腳PLCC清钥。圖1所示為這些IC提供的功能方塊圖。 IR已經(jīng)利用其專有的高壓IC(HVIC)技術(shù)來設(shè)計新器件放闺。對于設(shè)計產(chǎn)品以驅(qū)動MOSFET和IGBT來說祟昭，該技術(shù)是比較理想的。柵驅(qū)動輸出的設(shè)計采用了抗閉鎖CMOS電路怖侦，該技術(shù)容許將低壓驅(qū)動器與高壓級開關(guān)集成起來篡悟，以在單片IC中實現(xiàn)高壓側(cè)和低壓側(cè)的柵極驅(qū)動器。如圖1所示础钠，在IRS2136D家族的情形下恰力，每一個器件都集成了三個獨(dú)立的高壓側(cè)和低壓側(cè)參考輸出溝道，從而為三相應(yīng)用提供全面的解決方案拓酵。高壓側(cè)600V半橋逆變器柵驅(qū)動器提供懸浮溝道镰饶，該懸浮動溝道的設(shè)計是為了引導(dǎo)工作，以被用于驅(qū)動N溝道功率MOSFET或IGBT乱树。 每一個高壓側(cè)溝道內(nèi)建的引導(dǎo)二極管起的重要作用是進(jìn)一步減少元件數(shù)量和電路復(fù)雜性烧骗。該引導(dǎo)方案適用于大多數(shù)PWM配置，并可被用于與外部引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)或取代外部網(wǎng)絡(luò)吆揖。這種靈活性使得IRS2136D產(chǎn)品適用于各種電動機(jī)控制應(yīng)用铜诽，包括空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)绳瓣、通用逆變器和微型/小型逆變器驅(qū)動懂棘。 除了它們的驅(qū)動能力，新型IC還提供重要的內(nèi)建保護(hù)功能級嗡深，過去該功能需要外部電路來實現(xiàn)先赛。這種功能包括對所有溝道的欠壓鎖定和能夠自動關(guān)閉6個驅(qū)動器的過流啟動裝置(trip)。欠壓鎖定功能包括自動故障清除功能惋肾，而過流故障條件經(jīng)外部RC網(wǎng)絡(luò)編程的一段延遲之后可被自動清除挪确。此外，輸出驅(qū)動器的重要作用是高脈沖電流緩沖級暖夭，它的設(shè)計是為了提供交叉?zhèn)鲗?dǎo)保護(hù)锹杈，該級防止意外短路并增加了逆變器的可靠性。 新型的IRS2136D所工作的柵驅(qū)動電源范圍是10V到20V迈着，其邏輯輸入與CMOS或輸出低到3.3V的LSTTL兼容竭望。在產(chǎn)品生命期過程中邪码，模擬柵驅(qū)動器都表現(xiàn)出參數(shù)的穩(wěn)定性，而為高壓側(cè)和低壓側(cè)溝道的參數(shù)匹配--如傳播延遲--支持精確的死區(qū)時間插入咬清。分開的電源和信號地連接使得在低壓側(cè)IGBT上設(shè)計用于電流傳感的單DC線配置成為可能霞扬。 完成設(shè)計 以空調(diào)設(shè)計為例，圖2中IRS2136D與IR公司的iMOTION平臺一起被安裝在電動機(jī)驅(qū)動電路之中枫振。在此情形下有兩個驅(qū)動器IC，一個用于風(fēng)扇而另一個用于壓縮機(jī)萤彩，功率級由IC公司的高效率損耗阻滯溝道IGBT組成粪滤。系統(tǒng)核心的是IRMCF312數(shù)字控制器，該控制器結(jié)合了IR公司擁有專利的運(yùn)動控制引擎(MCE)雀扶、一個模擬信號引擎(ASE)以及一個應(yīng)用層處理器杖小。MCE除了控制PFC電路之外，要為兩個電動機(jī)執(zhí)行復(fù)雜的無傳感器PMSM算法夏握，而ASE為單個分流無傳感器控制提供所有的信號調(diào)理和轉(zhuǎn)換電路零破。應(yīng)用層處理器獨(dú)立地定義來自MCE的空調(diào)系統(tǒng)的工作。
 
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