變速電機(jī)控制(07-100)

　　為了能提供低成本變速電機(jī)控制器，元件供應(yīng)商通過降低元件復(fù)雜性來降低變速控制器的成本。現(xiàn)在已出現(xiàn)幾種數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)平臺(tái)，把DSP和RISC與集成電機(jī)控制外設(shè)(包括PWM模塊)結(jié)合在一起。這可提供一個(gè)可編程平臺(tái)，能處理第三方或?qū)Ｓ秒姍C(jī)控制算法。

　　另外的方案是直接用硬件實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制算法，這可消除軟件開發(fā)和集成問題，也可加速算法執(zhí)行以提高轉(zhuǎn)矩和速度控制。iMOT10N平臺(tái)是其中一個(gè)實(shí)例，它提供菜單驅(qū)動(dòng)配置工具。工程師利用它可以快速輸入系統(tǒng)參量完成設(shè)計(jì)。

　　無論用哪種方案，工程師都可以解決數(shù)字控制問題。然而，另一個(gè)主要障礙是設(shè)計(jì)和集成功率級。配置一個(gè)合適的變換器、柵驅(qū)動(dòng)器和有關(guān)的保護(hù)電路需要功率電子設(shè)計(jì)技巧。

　　集成電源模塊

　　集成電源模塊(IPM)，如IRAM系列，把所需的元件都結(jié)合在單個(gè)單元中，從而減少了元件數(shù)，同時(shí)也提高了可靠性。IPM吸取了很多與功率電子設(shè)計(jì)有關(guān)用于運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用的工程成果。例如，預(yù)最佳化柵阻抗使EMI噪聲和功耗較低，集成自舉電路二極管和電阻器來驅(qū)動(dòng)高邊IGBT。為使寄生效應(yīng)引起的損耗最小和熱性能最佳，精心布線驅(qū)動(dòng)器，而且也內(nèi)置了過流和過溫保護(hù)。工程師可以為專門應(yīng)用簡單地選擇合適的IPM。

　　然而，系統(tǒng)中的IPM性能依賴于很多與應(yīng)用有關(guān)的參量，如開關(guān)頻率、調(diào)制指數(shù)、模塊外殼溫度。數(shù)據(jù)手冊提供一些指南，但通常是對于標(biāo)準(zhǔn)工作條件的，設(shè)計(jì)師需要另外的幫助來預(yù)測專門應(yīng)用中的性能，包括選擇合適的模塊、匹配可選擇的參量(包括開關(guān)頻率)和確定散熱器大小，以便在最壞工作條件下保持結(jié)溫在廠家規(guī)定的限值內(nèi)。

　　應(yīng)用特性

　　為了選擇合適的IPM，設(shè)計(jì)師要了解應(yīng)用方面的信息。例如，考慮設(shè)計(jì)一個(gè)洗衣機(jī)控制器，工作在3ARMS相電流、16KHz開關(guān)頻率、DC總線電壓320V。如果增強(qiáng)可靠性是產(chǎn)品的賣點(diǎn)，則特定的最高結(jié)溫度必須設(shè)置在模塊供應(yīng)商推薦的限值內(nèi)(如125℃)。

　　IPM的IRAM家族(額定電流6A和10A模塊)適合這種應(yīng)用。然而，對于每個(gè)模塊在給定工作條件下的功耗是不同的，所以，保持結(jié)溫度在125℃以下，所需的散熱器也是不同的。計(jì)算所需的散熱器熱阻(RTH)需要IPM熱和電性能知識(shí)來確定傳導(dǎo)和開關(guān)損耗，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)預(yù)測結(jié)溫。

　　模型化工具

　　盡管模型化穩(wěn)態(tài)條件相當(dāng)簡單，但實(shí)際中的功耗不是常數(shù)。在工作中，結(jié)溫將擺動(dòng)超過穩(wěn)態(tài)平均值，因?yàn)楣碾S基頻(等于逆變器調(diào)制頻率)變化。另一個(gè)問題是相互散熱，這是因?yàn)镮PM中的多個(gè)熱源共享從外殼到環(huán)境的相同路線。若IPM模型不精確，必須把此效應(yīng)考慮進(jìn)計(jì)算中。

　　iSine軟件工具(圖1)包含IRAM系列模塊的電和熱模型。此工具幫助工程師選擇最佳模塊和確定所需的散熱器額定值。