工業(yè)電機控制系統(tǒng)方案的特點及功能應(yīng)用分析

電機在現(xiàn)代生活中無處不在，從氣候控制、電器和商業(yè)制冷到汽車、工廠和基礎(chǔ)設(shè)施。

根據(jù)國際能源署（International Energy Agency）的數(shù)據(jù)，電機占全球總電力消耗的45%，因此電機驅(qū)動電子產(chǎn)品的可靠性和能效會對世界各地及各種應(yīng)用的舒適性、便利性和環(huán)境產(chǎn)生影響。

一種提高電機驅(qū)動系統(tǒng)能效的方法是，用變速驅(qū)動器代替在50 / 60 Hz交流線路電壓下驅(qū)動的單速電機，從而實現(xiàn)電機的電子速度控制和更高的驅(qū)動能效。與開/關(guān)調(diào)節(jié)方法相比，變速控制還可以提供應(yīng)用層面的高能效。

先進(jìn)的電機驅(qū)動系統(tǒng)的核心是逆變器級，它接收輸入的直流電并將其轉(zhuǎn)換成交流電壓，頻率以所需的速度驅(qū)動電機。逆變器含三個半橋，如圖2所示。

逆變器的每個半橋相都有一個高邊和低邊開關(guān)，視乎應(yīng)用需求，可以是硅功率MOSFET，IGBT，碳化硅（SiC）FET或氮化鎵（GaN） 高電子遷移率晶體管（HEMT）。

例如，轉(zhuǎn)動泵或風(fēng)扇，輸送電機或機械臂的要求是不同的，工業(yè)應(yīng)用將利用不同的電機技術(shù)來適應(yīng)每種情況：交流電機，有刷或無刷直流，永磁同步電機（PMSM）或開關(guān)磁阻為例。

無論應(yīng)用和技術(shù)的范圍有多廣泛，如果我們探討工廠環(huán)境，驅(qū)動系統(tǒng)始終需要滿足以下基本的共同要求：

高能效和可靠性

安全可靠性和集成度

耐用和出色的熱性能

開發(fā)滿足所有這些要求的高效可靠的電機驅(qū)動器復(fù)雜且耗時，但是借助安森美半導(dǎo)體的新的電機開發(fā)套件（MDK），使這變得簡單。

這綜合原型平臺包括通用控制器板（UCB），它連接到擴展的電源板選件以創(chuàng)建一個快速啟動平臺來運行您的電機，從而在設(shè)計任何硬件之前對系統(tǒng)進(jìn)行快速測試、評估和優(yōu)化。

圖4：圖形用戶接口（GUI）

UCB采用功能強大的賽靈思（Xilinx）公司的Zynq?-7000現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA） / ARM 系統(tǒng)單芯片（SoC），適用于高端控制和基于人工智能（AI）的應(yīng)用。UCB與Xilinx開發(fā)工具和庫完全兼容，并與Trenz Electronic合作開發(fā)。

這些電源板含安森美半導(dǎo)體的領(lǐng)先功率器件和模塊，及我們廣泛產(chǎn)品陣容中的所有其他必要元器件，以開發(fā)完整的電機驅(qū)動器方案。

首兩款電源板采用我們的智能功率模塊（IPM），適用于工業(yè)和家用電器電機驅(qū)動應(yīng)用。IPM集成用于逆變器的六個功率開關(guān)、門極驅(qū)動器和一個熱電偶，其保護功能包括過壓/欠壓鎖定，防擊穿和過流跳閘。

緊湊的IPM電源板（SECO-1KW-MCTRL-GEVK）提供了從市電的交流輸入到電動機的交流輸出的完整方案。

額定輸入電壓為230 Vac，它包括一個EMC濾波器和橋式整流器、交錯式兩通道功率因數(shù)校正（PFC）和NFAQ1060L36T IPM作為逆變器級，以及輔助電源、測量和保護。

圖5:1 kW板

對于更高的功率水平，SECO-4KW-65SPM31-GEVB電源板采用NFAM5065L4B 650 V智能電源模塊。

它的額定輸入電壓為400 VDC，可以提供高達(dá)1 kW的連續(xù)功率，并可以在短時間內(nèi)或通過添加散熱器提供高達(dá)4 kW的功率。該產(chǎn)品非常適合工業(yè)驅(qū)動和商業(yè)暖通空調(diào)和制冷（HVACR）應(yīng)用。

圖6:4 kW板

即將推出的是含我們同類最佳的MOSFET陣容的一系列電源板。這些電機驅(qū)動板將支持10 V至100 V的輸入電壓，功率能力高達(dá)1．2 kW，可滿足電池供電的和中低電壓應(yīng)用，如電動工具、機器人、自動機器人和無人機。

圖7:MOSFET板展示

我們還開發(fā)了更多電源板，突出我們廣泛的IPM陣容及新模塊針對更高功率的電機驅(qū)動應(yīng)用。模塊化設(shè)計還讓我們能夠采用一系列PFC方案，從而能夠自由組合和匹配功率轉(zhuǎn)換級，以根據(jù)您的要求進(jìn)行優(yōu)化。

安森美半導(dǎo)體的新的電機開發(fā)套件（MDK）含一個通用控制平臺的通用控制器板（UCB），和一系列不斷擴展的電源板，以快速測試和評估全面的電機驅(qū)動方案。

基于緊湊的IPM的1 kW 600 V板和基于SPM31的4 kW 650 V板都將在2020年第四季度推出。

還有一個基于安森美半導(dǎo)體TMPIM技術(shù)的電源板將于2021年第一季度發(fā)布，以驅(qū)動高達(dá)10 kW的電機。安森美半導(dǎo)體將把更多電源板和擴展的設(shè)計支持添加到MDK生態(tài)系統(tǒng)中。

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