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控制小型变速器的功率模块

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控制小型变速器的功率模块

发布日期:2018-03-20 00:00 来源:http://www.dgmhdz.cn 点击:

用于控制小型变速器的功率模块

  改善洗衣机、电冰箱以及空调等家用电器动力运用功率的需求正在增加。从传统的固定转速马达转换到变速马达可以节省能耗30%之多。但这种规划的难度较大,虽现已出现了几种方案来下降此类项目的数字规划作业难度,但是规划员工仍需求集成模块和相关的规划东西来促进功率级的规划。
  为了使低本钱变速马达控制器成为可能,元器件供货商主意通过简化规划和下降结构凌乱度来减少变速控制器的本钱。例如,现已出现了几种数字信号控制途径,它们结合了DSP和集成PWM和马达控制外围设备的RISC处理器。这些途径可运转第三方或许自行开发的马达控制算法。
  一同,也存在其他的处理方案,可直接用硬件完结马达控制算法,这样能消除软件开发和集成困难,也加快了算法的实行速度,进而增强了对转矩和速度的控制。
  不管倾向于哪种方案,数字控制的困难现在都可以很快地处理掉。但是,还存在规划和集成功率级的阻碍。规划一个适合的逆变器、门驱动电路以及相关的保护电路需求丰盛的功率电子规划阅历。
  集成功率模块
  集成功率模块(IPM)将前面提到的一切元件组合到一个单元中,减少了规划时间并带来附加优点,包括元件数目的减少和可靠性的增加。
  IPM吸收了许多工程作用,这些作用都与动作控制运用中选用的凌乱功率系统规划相关。例如,门阻抗针对较低的EMI噪声和功率丢掉进行了预优化,并集成了阴极负载二极管和电阻来驱动高压侧IGBT。
  通过最小化寄生效应导致的损耗并最大化热功用,内置过电流保护和高温保护,驱动布局的困难也得到了处理。工程师只需求为运用选择适合的IPM即可。
  不过,这些作业也是十分艰巨的。IPM在系统中的功用取决于许多与运用有关的参数,比方开关频率、调变指数以及模块外壳温度。数据单供给了一些教导,但是一般是对标准作业情况而言。规划员工需求额外的帮忙来猜测其在特定运用中的功用。
  为了选择适合的IPM,工程师从运用的相关信息动身。例如,考虑一个均方根相电流为3A,开关频率为16kHz下作业的洗衣机控制器,其总线电压是直流320V。假定希看增强的可靠性成为终极产品的卖点,那么可以将指定的最大结温度设定为远低于模块供货商所引荐的约束温度,比方125℃。
  额外电流,散热电阻
  IPM有许多的额外电流可选择,且可能有多个选择适用于这个运用。不过,由于每个模块在给定的作业条件下有不同的功率损耗,用来坚持结温度不逾越125℃所需的散热电阻也会不同。核算所需的散热电阻(Rth)需求运用与IPM热学和电学特性有关的凌乱常识,来判定传导和开关损耗,并依据这些数据猜测结温度。
  尽管对稳态情况建模相对简略,但实践的功率损耗却并不是常量。在作业中,结温度会波动到稳态均匀以外,由于功率损耗会以与逆变器调制频率相等的基频改动。
  另一个重要的方面是互相加热,由于IPM内部的多个热源同享从外壳到环境的通道。假定希看IPM的模型精确,这个效应有必要考虑进往。
  建模东西
  IPM功率模块的具体模型在供认和选择适合的模块时有重要的作用。模块供货商一般供给定制的东西,用来分析现有模块的电气和热学模型。
  这些东西可以用来天然生成一系列功用曲线,以描述IPM在用户输进情况下的行为。一般,这些东西答运用户更改开关频率、功率因数以及调变指数等参数来获得指定运用条件下的功用曲线。

控制小型变速电动机的功率模块.jpg

  图1 规划东西天然生成的功率损耗与相电流以及外壳温度

  这些东西一般答运用户天然生成有用的信息来简化IPM的选择。进行功率损耗分析,用于天然生成功率损耗与开关频率的曲线;进行元器件对比,用于天然生成功率损耗和外壳温度的曲线以供选择散热电阻之用。
  考虑前面的规划示例,建模东西可以用来核算所需的散热电阻Rth。图1闪现了某个常见东西的元器件对比分析效果,一同闪现了这个运用中逆变器的功率损耗以及最高的散热温度。

在均方根为3A时,6A模块和10A模块的功率损耗分别是31W和21W。6A和10A模块的最大容许外壳温度分别是84℃和99℃。所需的散热电阻核算如下:
  Rth(S-A) =(TC-TA)/P-Rth(C-S)
  核算表明,较小的IPM需求较大的散热电阻。最终的挑选将依据包含IPM和散热在内的整个体系的本钱和尺度。
  相同的办法能够用来为空调使用挑选IPM。通常,这需求结合400V的直流总线和PFC前端。开关频率将低于洗衣机使用,以削减EMI噪声。假如在6kHz开关频率时需求均方根10A的电流,东西能够在16A和20A IPM之间权衡。
 

小型变速器.jpg


 图2 在各种不同开关频率处最大输出电流
  

小型变速器.jpg


图3 功率损耗与开关频率
  这个东西也能够用来剖析调变指数、开关频率、散热温度以及功率因数对模块的额外电流的影响。例如,这个东西能够用来研究IPM在不同开关频率时的最大马达电流和功率损耗,如图2和图3所示。在每种类型剖析中,挑选3个部分会显现在较大的开关频率下,功率损耗会添加而最大电流会削减。


相关标签:小型变速器,旋耕机齿轮箱,优质微型直流电机

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