提高电机设计能效的新方法

高压(600V) 桥式驱动技术

(600V)高压桥式驱动技术能实现小型的低成本模块，以推动电机驱动电路的变革。现代的高压桥栅极驱动电路都经过仔细设计，能降低高压IC芯片工艺固有的寄生漏极电容。这样，驱动电路就非常鲁棒，足以承受超过-9V的负电压。电源电压上的正负尖峰电压不会造成驱动电路发生闩锁和栅级控制失效，这是最近10年来栅极驱动电路的一大变化。匹配传输延迟小于50ns，可使开关频率达到100kHz或150kHz。IC内增加的共模dV/dt噪声消除电路也有助于降低发生假性导通的可能性，这也有助于使功率电路更加鲁棒，同时还由于省去了额外的滤波部件，而使电路更加紧凑。现代的IC(如FAN7382和FAN7384)的静态电流更小、工作温度更低，因此可靠性也更高。系统功率板空间和成本的减小体现了模块化技术的一大优势，它省去了上一代电机驱动电路中常见的4个电源以及微控制器PC B和功率开关 PCB之间的光电耦合电路。

NPT型与PT型IGBT的比较

20年来，电机驱动一直选用IGBT作为功率开关器件。经过设计，IGBT能针对某一开关频率最大限度地降低损耗。对电机驱动行业来说，这意味需要适用不同频率范围的IGBT系列，既有针对某些消费电子产品电机的5kHz开关，也有针对许多工业用电机的20kHz开关，甚至有针对电机驱动以外应用的更高频率的开关。

IGBT技术的改进(如导通电压和每个开关周期的关闭功耗)也进一步提高了可靠性，并降低了模块成本。在最近5年，常规IGBT在功能方面获得了巨大的改进，新的非穿通型(NPT) IGBT也得到大规模应用。

NPT IGBT虽然看起来类似传统的穿通型(PT) IGBT，但制造方法大不相同。与MOSFET或传统IGBT不同，在硅片制作过程中，NPT IGBT采用P型区和背面金属区。

NPT IGBT的导通电压(VCE(SAT))常低于传统IGBT，或者说导通速度慢一些，但它们通常更鲁棒，能承受短路或过流的时间更长。这使其在电机控制应用中得到青睐。此外，如果查看这两种IGBT的开关波形就会发现，NPT IGBT产生的EMI比PT IGBT的低得多。NPT IGBT开关脉冲的下沿基本上是一个单纯的斜坡，而传统IGBT的却是一段dI/dt很大的区域，后接一段电流下降速率很慢的长尾，且器件的损耗高。在高dI/dt区域，传统IGBT产生的EMI大，一般都会影响驱动电路，常常需要将功率开关与驱动电路进行隔离。NPT IGBT的另一个优点是可与VCE(SAT)形成正温度系数关系，这一特点对IGBT并联应用非常有用。

飞兆半导体的低导通阻抗600V SuperFET MOSFET系列产品特别采用DPAK(TO-252)封装，能满足用于运动控制应用的最新超纤巧与薄型器件的要求。为最大限度降低开关和导通损耗，以满足某些高开关频率电机控制设计的系统效率要求，这些产品的导通阻抗降低至传统平面MOSFET的1/3(0.6~1.2欧姆)。此外，这些产品还能承受快速的电压瞬变(dv/dt)和电流瞬变(di/dt)，使系统能在高开关频率下可靠地工作。

本文小结

近来，市场对节能家用电器的需求一直很强劲。在家用电器中，一台电冰箱的耗电将占整个家庭耗电的10%以上。由于电冰箱压缩机主要工作在低速下，因此改进低速下的电机驱动效率有巨大的节能潜力。为达到这一目的，飞兆半导体基于电冰箱和空调的正弦变频器，针对无刷直流电机开发了相应的解决方案。新的电机驱动技术针对高、低速压缩机电机应用，能进一步提高总体驱动效率。

据估计，工业电能中有65% 被电机所消耗，难怪业界的主要企业均越来越重视节能，将其视为提高利润和竞争力的关键。而答案之一就是节能，尤其是电机的能耗。这主要有两种方法，即采用变频调速驱动方案高效控制电机的工作速度，实时反馈电机运行状态等参数，以及提高电机本身的效率和性能，因为可变速驱动在提高性能的同时，还可节能又可提高生产率.