基于电机控制的几种栅极驱动器解决方案

作者：Maurizio Di Paolo Emilio

电动机是将电能转换为机械能的设备，可用于移动与其连接的铰接机构。电动机必须能够从零速开始产生很大的扭矩，并且必须在整个负载范围内都具有很高的效率。它还需要具有简单的驱动和控制系统。

直流电动机以连续形式使用电能。它们通常功率较小，特别适合需要低驱动扭矩和一定操作灵活性的所有应用。交流电动机分为同步电动机和异步电动机，可以使用单相或三相交流电。尤其是，同步电动机的转速严格地与正弦电流的频率相关。

在选择理想的电动机之前，工程师需要了解负载的重量和大小以及负载将以什么速度移动。因此，电动机在负载下的工作区域必须低于电动机的转矩曲线。电机定型的标准方法是假设“极限”情况（换句话说，确定应用程序对扭矩和速度所要求的峰值），以确保合理的运行裕度。

交流电机

从通风到流体和固体物料的运输，可靠的交流电动机对于许多工业生产过程都是必不可少的。交流电动机驱动器设计人员一直在努力实现节能和减小尺寸的目的。Power Integrations的栅极驱动器解决方案为紧凑，标准和优质的交流电机驱动器提供了出色的效率和无与伦比的集成度。

Power Integrations提供了几种栅极驱动器解决方案。SID11x2K系列以标准eSOP封装中的单通道IGBT和MOSFET驱动器为代表。使用Power Integrations的创新型固态绝缘子FluxLink™技术可实现增强的电流隔离。高达8 A（峰值）的输出驱动电流使该产品能够驱动高达600 A（典型值）的设备，而无需任何其他有源组件。

图1：SID11x2K的典型应用示意图

SID1183K系列是另一个类似的栅极驱动器解决方案，基于eSOP封装中的单通道IGBT和MOSFET驱动器。其他功能包括带有高级软关断（ASSD）的短路保护（DESAT），用于初级侧和次级侧以及轨至轨输出的欠压锁定（UVLO），具有温度和过程补偿的输出阻抗，可确保安全即使在恶劣的条件下也可以运行。

图2：SID1183K的典型应用示意图

它具有260 ns的低传播延迟时间，±5 ns的传播延迟抖动以及高共模瞬变抗扰度。FluxLink™技术可实现一次侧和二次侧之间的安全隔离。

直流马达

无刷直流电动机（BLDC）比有刷电动机具有更高的效率和可靠性。它们的应用越来越多地涉及家用电器和消费电子产品。随着这些应用效率标准的不断提高，还需要更好的电源转换技术，以最大程度地降低总功耗并简化设计。

驱动程序是BLDC控制的基本元素。它是一种功率放大器，可产生电压输出，以驱动H桥电路的高电流高侧和低侧IGBT栅极。为了满足巨大的未来需求，Power Integrations推出了一个新的BridgeSwitch系列产品，用于功率高达400 W的BLDC发动机。该高压半桥电机的效率为99.2％，无需散热器，并减少了软件认证的时间和费用。

电源集成的BridgeSwitch驱动器系列具有集成了无损电流检测功能的高级FREDFET（快速恢复二极管场效应晶体管）。

出色的效率与IHB驱动器的分布式散热结构相结合，降低了系统的重量和成本。集成的无损电流检测系统，总线电压检测电路和系统范围内的热检测电路，使该系列器件非常适合家用电器中使用的BLDC电机。

工业马达

工业电机和中压驱动器经久耐用，可确保可承受恶劣环境条件的高可靠性和可用性。Power Integrations在为工业电机提供强大的栅极驱动器解决方案，支持多层次拓扑以及H桥串联MVD方面有着悠久的记录。

图3：2SC0435T的框图

2SC0435T是Power Integrations提供的用于工业应用的紧凑型驱动器，占地面积仅为57.2 x 51.6 mm，外形尺寸为20 mm。与传统解决方案相比，SCALE-2 +芯片组最多可将组件数量减少85％，从而显着提高了可靠性并降低了成本。该器件提供了完整的两通道驱动器内核，具有驱动所需的所有元件，包括隔离的DC / DC转换器，短路保护；以及电源电压监控。两个输出通道中的每个通道均与主通道和另一个次级通道电气隔离。

直流马达

伺服电机的工作原理类似于步进电机，但要考虑一些基本差异。在传统的伺服系统中，控制器通过脉冲/方向或模拟位置，速度或转矩命令将信号发送到电动机驱动器。下一代控制器使用现场总线结构。然后，驱动器会发送每个电机相所需的正确电流量。电机反馈返回到驱动器，如有必要，返回到控制器。驱动器使用此信息来正确切换转子并发送有关动轴位置的可靠数据。因此，伺服电机被认为是“闭环”的，并带有一个编码器（反馈），该编码器不断将位置发送给控制器。

Power Integrations从IC，驱动器内核到即插即用驱动器的广泛可靠的栅极驱动器产品组合提供了高集成度，并具有增强的安全功能和经过认证的隔离功能。配备了新型SCALE™-2 +芯片组的双通道栅极驱动器内核2SC0106T是一款高性能两通道IGBT / MOSFET栅极驱动器内核，适用于功率范围为37 kW至110 kW的1200 V IGBT。2SC0106T以高达450A的集电极电流驱动600V至1200V的IGBT，并以高达50kHz的频率开关。2SC0108T是新的SCALE-2双驱动器内核，结合了紧凑的设计，高可靠性和广泛的适用性。

2SC0108T可驱动所有常规IGBT模块，最高可提供600 A / 1200 V或450 A / 1700 V的电压。2SC0108T将完整的两通道驱动器内核与驱动所需的所有组件结合在一起，例如隔离的DC / DC转换器，短路保护以及电源电压监控。两个输出通道中的每个通道均与初级侧和另一个次级通道电隔离。