智能功率模块在工业电机控制中的应用

在工业化国家，电机消耗的电力超过50％。这些电动机中至少有80％是交流感应电机（ACIM），平均能效仅44%。不断上涨的电力成本正在缓慢推动法规和准则要求提高住宅和工业应用中使用的电机能效。提高能效主要有两个途径：

1）使用智能电子控制更高效地驱动感应电机

2） 从ACIM转向永磁无刷直流（BLDC）电机

这两个途径都需要基于功率半导体的逆变器。在其核心，交流线路的三相电机逆变器包括以下电路块：

EMI滤波器

输入桥整流– 整流器

功率因数校正（PFC） – IGBT，碳化硅（SiC）二极管，MOSFET

逆变输出桥– 智能功率模块（IPM），IGBT

电流检测– 电流检测放大器，运算放大器（运放）

高压离线电源– 功率因数控制器

术语“工业电机控制”涵盖广泛的终端应用、环境和最终的规格。该框图代表由交流线路供电的中功率电机控制的最大部分，所连接的电机功率范围为0至7.5马力（hp）。在这些功率水平下，取决于安装位置，交流输入电压通常为120至460 VAC。一些位置将具有单相电源，而其他位置将提供三相连接。为了满足这些多样化的应用条件，电机控制设计人员必须可以选择同样多样化的功率半导体和相关支援。安森美半导体拥有广泛的产品阵容，提供数百至数千种可行的方案，可根据目标规格用于各种不同模块中。这包括我们的电机专用功率硅产品线，这些产品因性能、可靠性、灵活性和高性价比的设计而闻名整个行业。

安森美半导体除了具有宽广的产品阵容，还提供完整的系统方案，采用交流线路供电的三相电机逆变器。智能功率模块（IPM）提供集成驱动电路的三相逆变器，采用热优化的封装，额定功率范围为50W 至 10kW。 IPM是高度集成的半导体模块，等效于上述功率半导体及许多无源分立器件。

无论如何，1个典型的IPM可取代45至100个分立器件。它们被设计为具有容错能力、PCB易用、与散热器兼容，且易于与控制器IC接口。此外，它们从热接口到散热器内置》 = 2kV的隔离。这些高密度模块是理想的低电磁干扰（EMI）方案，符合严格的安全法规。 IPM是10 hp以下工业电机控制的首选方案。功率集成模块（PIM），功率从10 hp到》 100 hp。重要的是不要混淆三相电机的输出与交流线路输入电源的相数。它们是不相干的。大多数由变频电机控制驱动的工业电机都采用三相绕组。我们的IPM专为驱动各种类型的三相电机而设计：交流感应电机（ACIM）、无刷直流电机（BLDC）、无刷交流电机（BLAC）和永磁同步电机（PMSM）是最受欢迎的。除了用于三相电机（ACIM、BLDC、BLAC、PMSM等）的功率半导体方案之外，我们还提供完整的永磁直流（PMDC）电机和步进电机方案。

电流和电压检测是所有工业电机控制的核心。为了确保以适当的间隔为每个电机绕组提供电流，高精度、零漂移运算放大器产品阵容提供高性价比且可靠的产品，以监测并向微控制器报告相位电流，从而确定下一个逆变器点火支路。

审核编辑：郭婷