電機驅動(dòng)設計的技術(shù)進(jìn)步打開(kāi)了許多大門(mén)。例如，在運動(dòng)控制系統中，更高的精度、效率和控制在用戶(hù)體驗和安全、資源優(yōu)化和環(huán)境友好方面提供了許多好處。無(wú)刷電機技術(shù)的引入是提高整體效率的重要一步。
從有刷到無(wú)刷的過(guò)渡開(kāi)始于一段時(shí)間之前，并且隨著(zhù)更多新技術(shù)和系統組件的引入而繼續發(fā)展。然而，與此同時(shí)，電子元件的新發(fā)展可實(shí)現更好的熱管理、更高的功率密度和小型化，同時(shí)允許以具有競爭力的成本執行更復雜的任務(wù)。
使用一流的半導體技術(shù)，低壓和中壓等級的電機設計可以更高效、更小，并為終用戶(hù)提供更強大的功能。在這里，工程師可以選擇不同的半導體解決方案來(lái)微調他們的電機驅動(dòng)設計。
終端產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)頻率和熱阻等技術(shù)參數設定了對驅動(dòng)器的要求。接下來(lái)，為了構建一個(gè)能夠更好地提高功率密度和減小尺寸的優(yōu)化系統，設計人員必須限度地減少損耗（包括傳導損耗和開(kāi)關(guān)損耗）并優(yōu)化熱管理。
本文重點(diǎn)介紹了創(chuàng )建更緊湊、更高效、性能更高的電機驅動(dòng)器的三個(gè)設計場(chǎng)所。
功率封裝技術(shù)的改進(jìn)
隨著(zhù)機器人和電動(dòng)工具電池電壓不斷提高的趨勢，電機驅動(dòng)的功率也在不斷增加。這意味著(zhù)對功率半導體在高額定電流、耐用性和延長(cháng)使用壽命方面的要求越來(lái)越高。解決這些需求的一個(gè)重要場(chǎng)所是新的封裝技術(shù)平臺，它根據具體需求提供三種不同的變體（圖 1）。
圖 1這是 TOLL、TOLG 和 TOLT 封裝技術(shù)的廣泛比較。資料：英飛凌
TO-leadless (TOLL) 經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可處理高達 300 A 的電流，同時(shí)增加功率密度并顯著(zhù)減少占地面積。與 D 2 PAK相比，占地面積減少 30% ，高度減少 50%，整體空間節省 60%，從而實(shí)現更緊湊的設計。
TO 引線(xiàn)鷗翼 (TOLG) 封裝提供與 TO 無(wú)引線(xiàn)封裝兼容的封裝。與 TO 無(wú)引線(xiàn)相比，鷗翼引線(xiàn)的附加功能可使板載熱循環(huán) (TCoB) 性能提高 2 倍。該封裝在鋁絕緣金屬基板 (Al-IMS) 板上具有出色的性能。
TOLT 是 TOLx 系列中的 O 引線(xiàn)頂部冷卻封裝。通過(guò)頂部冷卻，漏極暴露在封裝表面，使 95% 的熱量直接散發(fā)到散熱器，與 TOLL 封裝相比，R thJA 提高了 20%，R thJC提高了 50% 。
三相柵極驅動(dòng)控制器 IC
新型三相智能電機驅動(dòng)器 IC 支持使用無(wú)刷直流 (BLDC) 或永磁同步 (PMS) 電機開(kāi)發(fā)高性能電機驅動(dòng)器。這些設計特別適用于移動(dòng)機器人、無(wú)人機和電動(dòng)工具應用。
圖 2柵極驅動(dòng)器控制器 IC 可以與微控制器集成在一個(gè)封裝中。資料：英飛凌
通過(guò)使用內置數字 SPI 接口的 50 多個(gè)可編程參數，電機驅動(dòng)器 IC 具有高度可配置性，可驅動(dòng)范圍廣泛的 MOSFET，從而產(chǎn)生的系統效率。其他好處包括：
• 減少外部元件和 PCB 面積
• 優(yōu)化效率和電磁干擾 (EMI)
• 使用不同逆變器 FET 的靈活性
• 高精度電流感測，同時(shí)節省外部元件
• 更高的動(dòng)態(tài)范圍以提高信號分辨率
• 提高可靠性和故障檢測
• 用于提高效率和功率密度的 GaN
在某些情況下，一個(gè)重要的設計目標是將電力電子設備集成到電機附近或同一外殼內。潛在的好處包括提高功率密度、降低物料清單 (BoM) 成本（因為電機和電子設備都可以放置在更小的外殼中）以及由于更高的系統效率而節省的成本。
通常，散熱和大容量電容一直是集成電機驅動(dòng)器 (IMD) 的限制因素。轉向基于氮化鎵 (GaN) 的設計為克服開(kāi)關(guān)速度和輸出功率之間具有挑戰性的權衡奠定了基礎�？梢酝ㄟ^(guò)使用磁場(chǎng)定向控制 (FOC) 實(shí)現的更高開(kāi)關(guān)頻率可帶來(lái)眾多系統優(yōu)勢，包括減少大容量電容、降低電機紋波電流、降低扭矩紋波和減少噪聲。更高的頻率還可以降低電機溫度。這種結合導致更高的端到端系統效率改進(jìn)。
在無(wú)人機中，系統效率優(yōu)勢不僅使設計更高效，因為損耗更低，而且體積更小，這是使無(wú)人機更輕、飛行時(shí)間更長(cháng)的關(guān)鍵優(yōu)勢。
走向未來(lái)
更高的產(chǎn)品集成度使工程師更容易實(shí)施現成的解決方案，從而縮短上市時(shí)間。將高集成度與廣泛的可編程特性相結合，如在電機驅動(dòng)器 IC 中，可帶來(lái)競爭優(yōu)勢和系統靈活性。接下來(lái)，新封裝和寬帶隙技術(shù)提供了額外的運動(dòng)控制系統優(yōu)勢，例如：
新的封裝設計提供了優(yōu)化的熱管理，因為開(kāi)關(guān)損耗總是伴隨著(zhù)功率開(kāi)關(guān)中的熱量。
新型寬帶隙器件為更高開(kāi)關(guān)頻率驅動(dòng)奠定了基礎，有助于提高精度和尺寸。
要開(kāi)發(fā)競爭力的運動(dòng)控制系統，設計人員必須利用所有的可用技術(shù)。 |
