基于MOSFET和IGBT器件在電機(jī)控制應(yīng)用中的選擇

長(zhǎng)期以來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制一直處于研究和開(kāi)發(fā)活動(dòng)的前沿，其目標(biāo)是在兩個(gè)層面上找到有效和高效的微電子解決方案，一個(gè)是計(jì)算軟件，另一個(gè)是可以在微電子層次集成的電力電子硬件硬件。

電動(dòng)機(jī)控制器的目的是能夠手動(dòng)或自動(dòng)作用于電動(dòng)機(jī)上（起停、前進(jìn)-反轉(zhuǎn)、速度、扭轉(zhuǎn)和防止電壓過(guò)載）。電機(jī)控制的集成電路（ICs）在應(yīng)用領(lǐng)域的各個(gè)方面都代表了創(chuàng)新的關(guān)鍵時(shí)刻，這些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Τ杀尽⒊叽?、性能等因素特別敏感。汽車行業(yè)和工業(yè)自動(dòng)化無(wú)疑是最具代表性的行業(yè)。

市場(chǎng)提供不同類型的電動(dòng)機(jī)，因此，控制策略取決于它們的結(jié)構(gòu)。直流永磁電機(jī)的定子由兩個(gè)或兩個(gè)以上的磁極組成。另一方面，轉(zhuǎn)子由連接到機(jī)械開(kāi)關(guān)的繞組組成。

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的英文縮寫是BLDC，這是一種帶有永磁體的同步無(wú)刷電機(jī)，永磁體圍繞固定的電樞旋轉(zhuǎn)（圖1）：其轉(zhuǎn)子和定子以相同的頻率旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子和電機(jī)定子之間的切換不是機(jī)械的，而是電子的。不像刷直流，它不需要連接到電機(jī)軸的功能。

圖1：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)使用基于位置傳感器和MCU的電子開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，該系統(tǒng)確定將正時(shí)扭矩施加到電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)正時(shí)

在有刷電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子和電刷通過(guò)反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生連續(xù)改變方向的電流。 另一方面，在無(wú)刷電動(dòng)機(jī)中，電流反轉(zhuǎn)是通過(guò)微控制器控制的一組功率晶體管（通常為IGBT）以電子方式獲得的。 他們駕駛的主要問(wèn)題是了解發(fā)動(dòng)機(jī)的確切位置。 只有這樣，控制器才能知道要操作哪個(gè)相（圖2和3）。 通常通過(guò)使用霍爾效應(yīng)傳感器或光學(xué)型傳感器來(lái)獲得轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的位置。

圖2：用于無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用電路

直流無(wú)刷電機(jī)的典型應(yīng)用是無(wú)法更換零件（電刷）的，因?yàn)檫@些系統(tǒng)是密封的（例如硬盤）。

MAX14871直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器為電壓在4.5V至36V之間的有刷電動(dòng)機(jī)提供了簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)器。 它具有無(wú)泵充電設(shè)計(jì)，可減少外部組件并降低電源電流。

圖3：有刷電機(jī)的應(yīng)用電路

來(lái)自RHOM半導(dǎo)體的BD63005AMUV是一個(gè)三相無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，額定供電電壓為33V，額定輸出電流為2A（峰值3.5A）。它從霍爾傳感器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)輸入控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)PWM。此外，該電源可以使用12v或24v，并具有各種控制和綜合保護(hù)功能，使之適用于各種用途。

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（BLDC）在家用電器和消費(fèi)類電子產(chǎn)品中非常受歡迎。在這些應(yīng)用中，需要高效率的標(biāo)準(zhǔn)，因此需要更好的技術(shù)來(lái)將總功率損耗降至最低。

Power Integration BridgeSwitch driver系列采用高側(cè)和低側(cè)高級(jí)FREDFET系列（快速恢復(fù)二極管場(chǎng)晶體管），在300w無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中效率超過(guò)98.5%。巨大的效率和分布式熱足跡架構(gòu)消除了散熱器的需求，降低了系統(tǒng)成本和重量（圖4）。

BridgeSwitch提供內(nèi)部故障保護(hù)功能和外部系統(tǒng)級(jí)監(jiān)視。外部監(jiān)控包括具有四個(gè)欠壓電平和一個(gè)過(guò)壓電平的直流總線感測(cè)以及驅(qū)動(dòng)。

電源控制是軟件和硬件的固有組合。硬件組件由諸如IGBT、功率二極管之類的電子控制設(shè)備表示，而軟件組件是與硬件組件的（硬件組件控制）控制相關(guān)的組件，其中控制模型變得越來(lái)越復(fù)雜。

該電機(jī)控制電路的目標(biāo)是快速激活和停用線圈中的電流，以最小的開(kāi)關(guān)或傳導(dǎo)損耗。它需要使用MOSFET和IGBT。這兩種半導(dǎo)體器件均滿足電機(jī)控制的需求，事實(shí)證明適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。在大多數(shù)應(yīng)用中，它們用于H橋配置，在這種結(jié)構(gòu)中，它們可以完全控制電動(dòng)機(jī)的速度和方向。

責(zé)任編輯：gt