中心議題：

• 馬達的結構
• 提升馬達工作的效率

解決方案：

• 正弦脈衝調製控製方式
• 智能功率模塊

近些年來
，家用電器對節能的要求變得越來越強烈。這是很顯然的
，僅電冰箱所消耗的能量就超過家庭用電量的10％。由於電冰箱的馬達主要在低速運轉，就有非常大的節能潛力，通過在低速驅動器中簡單改進馬達的驅動效率就能實現。

同樣，據估計工業用電的65％被(bei)電(dian)驅(qu)動(dong)馬(ma)達(da)所(suo)消(xiao)耗(hao)，毫(hao)無(wu)疑(yi)問(wen)
，商(shang)家(jia)正(zheng)逐(zhu)漸(jian)意(yi)識(shi)到(dao)節(jie)能(neng)將(jiang)成(cheng)為(wei)改(gai)善(shan)收(shou)益(yi)率(lv)和(he)競(jing)爭(zheng)能(neng)力(li)的(de)關(guan)鍵(jian)。在(zai)電(dian)驅(qu)動(dong)馬(ma)達(da)中(zhong)降(jiang)低(di)能(neng)量(liang)消(xiao)耗(hao)有(you)兩(liang)種(zhong)主(zhu)要(yao)的(de)方(fang)式(shi)：改善馬達本身的效率和使用可調速驅動器來有效地控製其工作速度。下麵將介紹這兩種方法。

變頻驅動器

馬達的應用已經接近100年了，目前較新的應用使用了更加高效、簡捷和輕便的馬達，包括無刷直流馬達係列和磁阻切換馬達係列。無刷直流馬達和磁阻切換馬達都使用一個MCU或DSP來合成驅動信號，然後使用MOSFET或IGBT器件作為功率開關進行放大。

能neng耗hao成cheng本ben的de增zeng加jia正zheng促cu使shi人ren們men重zhong新xin對dui采cai用yong變bian頻pin驅qu動dong的de無wu刷shua直zhi流liu馬ma達da產chan生sheng了le興xing趣qu。這zhe些xie高gao效xiao而er通tong用yong的de馬ma達da有you很hen高gao的de扭niu矩ju重zhong量liang比bi
，但dan是shi阻zu礙ai它ta們men廣guang泛fan應ying用yong的de主zhu要yao因yin素su是shi驅qu動dong電dian路lu的de高gao成cheng本ben和he高gao複fu雜za性xing。

設計變頻驅動器有幾種不同的方法。常規三相馬達的最流行低頻驅動方法是梯形波驅動（見圖1）。

圖1梯形波控製和實測波形
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如果需要更高的效率和性能
，就必須通過脈寬調製（PWM）方法來產生正弦波。為了更進一步的改進效率
，還可以使用空間向量調製方法。

具有永磁體的三相同步馬達有兩種主要的類型：正弦脈衝調製（PM）同步馬達和梯形無刷直流馬達。二者在許多方麵是相同的（例如，二者都是電子換向的），但也有兩個主要的差別。

●馬達的結構

正弦控製波形馬達與梯形控製波形馬達的BEMF感生電壓的形狀不同。

●控製方式

控製電壓波形不同，分別是三相正弦波形（所有三個相位同時接通）與矩形六步換向（任何時候都有一個相位不接通）。

正弦脈衝調製（PM）同tong步bu馬ma達da日ri益yi流liu行xing，在zai非fei常chang多duo的de應ying用yong中zhong替ti代dai了le有you刷shua直zhi流liu常chang規gui馬ma達da和he其qi他ta類lei型xing的de馬ma達da。主zhu要yao的de原yuan因yin是shi它ta可ke以yi提ti供gong更geng好hao的de可ke靠kao性xing而er不bu需xu要yao電dian刷shua，以yi及ji有you更geng高gao的de效xiao率lv、更低的噪聲和其他優點（如圖2所示）。


圖2內置永磁同步馬達（IPMSM）向量控製係統框圖

智能功率模塊

隨著小型化馬達的設計越來越容易

，智能功率模塊（SPM）提供了與MCU或DSP的(de)功(gong)率(lv)接(jie)口(kou)。這(zhe)些(xie)模(mo)塊(kuai)相(xiang)比(bi)分(fen)立(li)元(yuan)件(jian)方(fang)案(an)的(de)主(zhu)要(yao)優(you)點(dian)是(shi)降(jiang)低(di)了(le)寄(ji)生(sheng)自(zi)感(gan)和(he)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)
，這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)模(mo)塊(kuai)中(zhong)所(suo)有(you)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)都(dou)使(shi)用(yong)了(le)相(xiang)同(tong)類(lei)型(xing)的(de)基(ji)底(di)。因(yin)此(ci)，它(ta)們(men)具(ju)有(you)相(xiang)同(tong)的(de)特(te)性(xing)，以(yi)及(ji)很(hen)好(hao)的(de)可(ke)測(ce)試(shi)性(xing)。

SPM是一個驅動電路
，可以直接與微控製器的低壓TTL或CMOS輸出引腳，以及其他保護電路連接。模塊有一個溫度傳感器來監視節點的溫度，有相應的控製邏輯來阻止高端和低端開關管的偶然打開、死區控製，以及波形整形電路以降低EMI。這些模塊的驅動集成電路可以對開關功率器件優化以減少EMI和驅動損耗。
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高壓橋驅動器

緊湊、低功耗型模塊為馬達驅動器帶來高壓（600V）橋驅動的變革。這些驅動器經過精心設計來減少內部高壓集成電路工藝中的寄生漏-源極電容，因此可以在標準負電壓超過-9V的環境下穩定工作。

供電電壓正和負峰值不會使驅動器閉鎖和失去柵極控製，而最近十幾年

，柵極驅動器卻發生了很大的改變。如果傳輸延遲低於50ns
，就可以使開關頻率高達100或150kHz。

集成電路內部的共模dv/dt噪zao聲sheng吸xi收shou電dian路lu有you助zhu於yu降jiang低di錯cuo誤wu打da開kai的de可ke能neng性xing
，並bing使shi功gong率lv電dian路lu更geng加jia穩wen固gu，而er且qie不bu需xu要yao額e外wai的de濾lv波bo電dian路lu就jiu能neng夠gou使shi體ti積ji更geng加jia緊jin湊cou。低di靜jing態tai電dian流liu的de現xian代dai集ji成cheng電dian路lu，例li如ruFAN7382和FAN7384，能降低工作溫升，因而增加可靠性。

另外一個更大的優點是減少了電路板的麵積和成本
，它替代了在微控製器PCB和功率開關PCB之間的四種隔離供電和光耦合隔離電路，而這在早先一代的馬達驅動器產品中則是非常普遍的。
　　
IGBT：NPT與PT的比較

二十多年來
，馬達驅動器中的功率開關器件一直是IGBT，它在一定開關頻率下可以降低損耗。對於馬達驅動器領域，這也表明IGBT係列麵向消費類馬達的驅動頻率大約為5kHz
，許多工業馬達的驅動頻率大約是29kHz，而有些馬達驅動的驅動器則有更高的驅動頻率。

IGBT不斷革新
，每個開關周期中的導通電壓和關閉能量與模塊的可靠性和低成本都有很大的關係。最近五年，常規IGBT的能力得到了巨大的改進，而且新興的非擊穿IGBT更加普及。看起來非常像常規擊穿IGBT的NPTIGBT是通過與以往不同的工藝製造的。與MOSFET和常規IGBT不同
，NPTIGBT在晶圓工藝中使用P區域和底層金屬區域填充。

NPTIGBT的導通電壓Vce(sat)通常不會比常規IGBTdegao，huozhezhishaoyiyangdi。raner
，tamentongchanggengjiawengu。keyichengshouxiangdangchangshijianduanluhuoguoliutiaojiandenenglishitamenzaimadakongzhilingyufeichangliuxing。ciwai，ruguoduibiliangzhongleixingIGBT的開關波形，就可以發現NPTIGBT產生的EMI比PTIGBT低很多。

NPTIGBT有一個基本是單一斜率的下降時間

換句話說，常規IGBT的下降時間由一個dI/dt非常高的區域和之後一個非常長的尾跡組成。在後一個區域，電流的下降速率非常低，而且器件損耗非常高。在高dI/dt的區域，常規IGBT所產生的EMI是很高的，通常會具有影響驅動電路的可能，必須將驅動電路和功率開關管隔離。NPTIGBT的另一個優點是
，它可以采用Vce(sat)是正溫度係數的工藝製造，這是並聯IGBT時非常重要的參數。