三菱電機(jī)宋高升：伺服驅(qū)動(dòng)器用第7代DIPIPM助力機(jī)器人核心部件

12月21日，在2020高工機(jī)器人&高工移動(dòng)機(jī)器人年會(huì)硬件設(shè)備專(zhuān)場(chǎng)上，三菱電機(jī)半導(dǎo)體大中國(guó)區(qū)技術(shù)總監(jiān)宋高升以“伺服驅(qū)動(dòng)器用第7代DIPIPM助力機(jī)器人核心部件”為主題發(fā)表了演講。

三菱電機(jī)半導(dǎo)體大中國(guó)區(qū)技術(shù)總監(jiān)宋高升

宋高升首先對(duì)三菱電機(jī)做了一個(gè)基本介紹，他表示，三菱電機(jī)成立于1921年，目前全球員工總數(shù)已超14萬(wàn)，在世界財(cái)富500強(qiáng)排名中為第300位。目前，三菱電機(jī)主營(yíng)業(yè)務(wù)線(xiàn)包括：宇航系統(tǒng)、影像信息系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息通信、工業(yè)自動(dòng)化、樓宇系統(tǒng)、交通、家電、空調(diào)、汽車(chē)電子和功率半導(dǎo)體等。

其中在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，三菱電機(jī)已在全球建立八座功率晶圓和功率器件生產(chǎn)基地。三菱電機(jī)功率器件已被廣泛應(yīng)用于家電、工業(yè)/新能源、牽引/電力系統(tǒng)、汽車(chē)等領(lǐng)域。至今，超過(guò)一半的機(jī)器人用伺服驅(qū)動(dòng)器采用了三菱電機(jī)的功率器件。

伺服驅(qū)動(dòng)器技術(shù)趨勢(shì)

宋高升表示，伺服驅(qū)動(dòng)的技術(shù)趨勢(shì)可以概括為兩個(gè)方面。首先，單軸伺服驅(qū)動(dòng)逐漸向多軸伺服驅(qū)動(dòng)方案轉(zhuǎn)變，其不僅擁有更好的性能及更多功能，同時(shí)可大幅減小現(xiàn)有伺服驅(qū)動(dòng)器的產(chǎn)品尺寸，降低成本；由于多軸伺服驅(qū)動(dòng)回饋的能量可以供其他電機(jī)使用，因此具有更低的損耗。其二，驅(qū)控一體化技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，相比傳統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)，驅(qū)控一體化方案的硬件成本更低、控制性能和效率跟高。

在伺服驅(qū)動(dòng)器廠(chǎng)家追求開(kāi)發(fā)更多功能、提升性能形成差異化、減小PCB尺寸、提高可靠性等產(chǎn)品需求日益迫切時(shí)，三菱電機(jī)功率器件解決方案可以有效保證客戶(hù)產(chǎn)品的升級(jí)換代及性能更優(yōu)。

宋高升指出，三菱電機(jī)為伺服驅(qū)動(dòng)器提供了各種解決方案：

CIB-IGBT方案，是中功率段高性?xún)r(jià)比選擇，其減少了器件數(shù)量，可實(shí)現(xiàn)10us短路耐量，多供應(yīng)商可選，使用樹(shù)脂絕緣結(jié)構(gòu)提升熱循環(huán)壽命。

IPM方案，其具有高性能和魯棒性，集成驅(qū)動(dòng)和電路保護(hù)，封裝比CIB模塊更小更窄，EMI特性可控(G1)，使用樹(shù)脂絕緣結(jié)構(gòu)提升熱循環(huán)壽命。

DIPIPM/DIPIPM+方案，則是小功率段高性?xún)r(jià)比選擇，器件數(shù)量最少化(DIPIPM+)，集成驅(qū)動(dòng)和故障保護(hù)，具有更小的封裝和更輕的重量。

伺服驅(qū)動(dòng)器用第7代DIPIPM

宋高升表示，為適應(yīng)變頻市場(chǎng)的應(yīng)用需求（高可靠性/低成本/小型化），三菱電機(jī)開(kāi)發(fā)了一系列DIPIPM，它是一種雙列直插型封裝的IPM，其內(nèi)置了HVIC，使其外圍電路變得更加簡(jiǎn)單而節(jié)約成本，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于包括家電、小型變頻器、工業(yè)伺服等產(chǎn)品中。

三菱電機(jī)發(fā)明了IPM和DIPIPM，并分別于1989年和1996年將之商業(yè)化。三菱電機(jī)是壓注模封裝智能功率模塊DIPIPM的先驅(qū)者，可根據(jù)客戶(hù)不同應(yīng)用優(yōu)化功率芯片，使整體產(chǎn)品具有優(yōu)異的性能、合理的成本；在豐富的IPM產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，形成了強(qiáng)大的產(chǎn)品線(xiàn)（不同額定電流與封裝），具備高可靠性與低失效率。截至2020年7月，三菱電機(jī)累計(jì)交貨的DIPIPM超過(guò)8億片。

目前，三菱電機(jī)DIPIPM家族旗下?lián)碛衅叽笙盗挟a(chǎn)品——SOPIPM、SLIMDIP、Super Mini DIPIPM、Mini DIPIPM、Large DIPIPM、DIPIPM+和Large DIPIPM+。

其中，三菱電機(jī)第7代超小型DIPIPM，采用優(yōu)化的第7代IGBT芯片實(shí)現(xiàn)低噪聲，擴(kuò)大溫度運(yùn)行范圍，同現(xiàn)有超小型DIPIPM封裝相同，拓寬產(chǎn)品線(xiàn)至40A。具有降低系統(tǒng)成本、溫度設(shè)計(jì)靈活性更好、易于替換現(xiàn)有產(chǎn)品等優(yōu)勢(shì)。

宋高升表示，第7代超小型DIPIPM的噪聲水平相當(dāng)于第6代超小型加1.5美元的濾波磁環(huán)的噪聲水平，特別適合驅(qū)控一體化伺服系統(tǒng)。

除此之外，三菱電機(jī)還推出了600V第6代大型DIPIPM，其采用了新型第7代IGBT芯片，內(nèi)置自舉二極管；與現(xiàn)有第4代大型產(chǎn)品封裝兼容，與現(xiàn)有產(chǎn)品功能相同；第6代大型DIPIPM，與第4代產(chǎn)品相比，輸出電流能力提升約20%，降低系統(tǒng)成本。

超小型Full-SiCDIPIPM，使用SiC MOSFET實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通壓降和二極管正向壓降，具有超低功耗，可與超小型DIPIPM使用相同PCB。

在機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域，宋高升認(rèn)為現(xiàn)在談下一代功率器件還為時(shí)尚早。不過(guò)，基于高結(jié)溫RC-IGBT的智能功率模塊和基于碳化硅MOSFET的智能功率模塊都是不錯(cuò)的技術(shù)路線(xiàn)。

宋高升表示，未來(lái)，在性?xún)r(jià)比允許的前提下，如果客戶(hù)采用SiC MOSFET智能功率模塊開(kāi)發(fā)伺服驅(qū)動(dòng)器，必將進(jìn)一步提升伺服驅(qū)動(dòng)器功率密度并節(jié)省安裝空間。

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