穩(wěn)定可靠和高能效的工業(yè)驅(qū)動(dòng)方案
發(fā)布時(shí)間:2020-05-14 來源:Jonathan Harper 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】電動(dòng)機(jī)的大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵組件,因?yàn)樗鼈兿牡碾娔艹^一半。這些驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)節(jié)能方面具有核心作用。
自動(dòng)化的步伐不斷加快,使電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成為未來行業(yè)的核心。在更大功率下提高能效和可靠性將繼續(xù)成為工業(yè)驅(qū)動(dòng)方案的重點(diǎn)。
變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)在幾乎已經(jīng)成為所有應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)配置,帶來了:
· 全速運(yùn)行時(shí),效率更高
· 進(jìn)一步提高了效率,因?yàn)樗鼈兛梢栽谛枰獣r(shí)以較低的速度運(yùn)行
電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有不同的分區(qū)方式。智能功率模塊(IPM)在單個(gè)模塊中包含逆變器和內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器。功率集成模塊包括逆變器和制動(dòng)電路,通常不含驅(qū)動(dòng)器。其原因是對(duì)于三相交流(AC)輸入的應(yīng)用,智能功率模塊變得非常大。
讓我們看看沒有驅(qū)動(dòng)器的模塊:
模塊的引腳需要相互之間有一定的間距,以保持
· 安全性
· 長(zhǎng)期可靠性
這些間距必須根據(jù)各種應(yīng)用的因素來計(jì)算,如驅(qū)動(dòng)器的最大工作高度、系統(tǒng)中的有效電壓、系統(tǒng)用的隔離度、模塊和印刷電路板的污染程度以及CTI等。
通過對(duì)典型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的詳細(xì)計(jì)算,得出最小模塊尺寸為70mm左右。如果加上門極驅(qū)動(dòng)控制引腳的空間,最小模塊的尺寸會(huì)更大。
對(duì)于小功率工業(yè)三相AC輸入應(yīng)用,IPM模塊和凝膠填充模塊都被廣泛使用:IPM模塊沒有整流器,而凝膠填充模塊沒有驅(qū)動(dòng)器。在機(jī)器人焊接設(shè)備更加普及的驅(qū)動(dòng)下,凝膠填充模塊和IPM模塊都采用焊接引腳是新設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。
以下是新的轉(zhuǎn)移成型PIM(TMPIM)模塊的橫截面圖:
請(qǐng)留意為了說明,此圖比例經(jīng)拉大。
與現(xiàn)有模塊相比,TMPIM有個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。整個(gè)模塊的厚度為8mm。引腳頂部與散熱器頂部之間的間隙為6mm,比5.5mm的間隙要求要大。凝膠填充模塊也能滿足這要求,但它們的厚度要厚很多(12mm對(duì)比TMPIM的8mm)。而IPM模塊則更薄。因此,機(jī)械設(shè)計(jì)人員需要對(duì)散熱器進(jìn)行成型,增加了額外的制造成本。
TMPIM所使用的IGBT是穩(wěn)定可靠的Field Stop II 1200V IGBT,在150C、900V母線電壓和15V門極驅(qū)動(dòng)下的短路額定值超過10us。在發(fā)布之前,這些模塊在電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)試中進(jìn)行了廣泛的測(cè)試,包括臺(tái)架測(cè)試。
NCP57000隔離門極驅(qū)動(dòng)器是驅(qū)動(dòng)TMPIM的理想選擇。每個(gè)TMPIM使用6個(gè)隔離驅(qū)動(dòng)器。NCP57000門極驅(qū)動(dòng)器具有去飽和(DESAT)功能,可以檢測(cè)到過載電流,然后對(duì)IGBT進(jìn)行軟關(guān)斷,防止短路條件下過快的關(guān)斷產(chǎn)生過多的電壓尖峰。
TMPIM系列可以實(shí)現(xiàn)1000次以上的熱循環(huán)。沒有任何散熱器的標(biāo)準(zhǔn)凝膠填充模塊通常只能實(shí)現(xiàn)200個(gè)熱循環(huán)。這些模塊的功率循環(huán)曲線顯示出優(yōu)異的功率循環(huán)能力,取決于結(jié)溫的變化。TMPIM的較高功率模塊采用高性能的氧化鋁基板。從而在讀取功率循環(huán)曲線時(shí),較低的熱阻導(dǎo)致較低的熱變化,從而導(dǎo)致較高的功率循環(huán)能力。
目前的TMPIM包括1200V轉(zhuǎn)換器-逆變器-制動(dòng)(CIB)模塊,其額定電流為25A,35A,35A含高性能基板,50A含高性能基板。
該系列中的新設(shè)計(jì)將涵蓋650V CIB模塊、650V六組、1200V六組、1200V六組和650V模塊含交錯(cuò)式PFC和六組。
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