從先進器件到係統級方案 羅姆傾情助力工業電機設計
發布時間:2020-12-16 來源:ROHM 責任編輯:wenwei
【導讀】zuoweiquanqiunengyuanxiaohaodezhongdianchanpin,geleidianjixiaohaolequanqiuyibanyishangdedianliziyuan,zujiandianjiyingyongzaizhenggeshehuiyunzhuanzhongdezhongyaozuoyong,tebieshizaigezhongshuzihuachanyeshengjiqushideyinlingxia,gongnengyuelaiyueqiangdadedianjixitongzaigongyeyingyongzhongfahuizheyuelaiyuezhongyaodezuoyong。yinci,ruheshixiangenggaoxiaogengjienengdedianjixitongduizhenggegongyexitongdeyunxingxiaolvhechengbenxiaoyiqizhejuedingxingdezuoyong,duizhenggeshijiedejienenghuanbaotongyangyiyifeifan。
正文
工gong業ye電dian機ji是shi電dian機ji應ying用yong的de關guan鍵jian領ling域yu,沒mei有you高gao效xiao的de電dian機ji係xi統tong就jiu無wu法fa搭da建jian先xian進jin的de自zi動dong化hua生sheng產chan線xian,由you於yu應ying用yong條tiao件jian比bi較jiao苛ke刻ke和he對dui性xing能neng要yao求qiu比bi較jiao嚴yan格ge,設she計ji複fu雜za的de工gong業ye電dian機ji係xi統tong涉she及ji眾zhong多duo元yuan器qi件jian產chan品pin,不bu同tong產chan品pin在zai整zheng個ge係xi統tong中zhong各ge司si其qi職zhi,共gong同tong打da造zao出chu高gao效xiao可ke靠kao的de完wan整zheng電dian機ji解jie決jue方fang案an。對dui典dian型xing的de工gong業ye電dian機ji係xi統tong來lai說shuo,除chu了le標biao準zhun的de電dian機ji控kong製zhi單dan元yuan之zhi外wai,功gong率lv器qi件jian決jue定ding著zhe係xi統tong的de能neng效xiao,控kong製zhi電dian源yuan能neng夠gou確que保bao係xi統tong的de可ke靠kao性xing,傳感器則能大幅提升係統的自動化和智能化,出色的電機係統同樣離不開這些器件的協同工作。
為了滿足用戶的全新需求,羅姆不僅提供各種先進的電機係統用先進器件如功率器件、傳感器接口和穩壓器等,還打造了諸多係統級解決方案,助力客戶打造先進的工業電機係統。
1. 高效功率器件助力高效率電機係統
shuchugonglvshidianjixitongzuizhongyaodezhibiaozhiyi,shurushuchugonglvbizeshidaibiaoledianjidegongzuoxiaolv,ruhechongfendetishenggongyedianjixitongdenengyuanzhuanhuanxiaolvxuyaochongfendetishengdianjideshuchugonglv,caiyongxianjindegonglvqijiannenggouzhiguandetishengxitongdexiaolv。luomudegonglvyuanqijianchanpinyigezhongxingshichengxianyouliangtexing,bingtongguonenggoufahuitexingdejiejuefangansheji,manzukehudexuqiu。duiyubutongdeshejitedian,luomunenggoutigongcongbandaotijingyuandaoxinpian,congfenliqijiandaogonglvmokuaidengduoyanghuachanpin,congerchongfendemanzukehushejiyaoqiu。
作為第三代半導體代表性技術,SiC材料的功率器件具有高耐壓大功率等特點,非常適合追求更高的頻率和更高效率的係統,羅姆作為研究SiC材料最早的廠商之一,可以提供內置優良的高電壓、大電流功率元器件的高性能模塊,並且還能提供以芯片、功率封裝、表麵貼裝封裝等多種規格的高性能SiCMOSFET和SiCSBD(肖特基勢壘二極管)等產品,即使不斷提高頻率也能維持整個係統的高效率,從而加快了客戶麵向工業設備電機的創新。
除了新材料的SiCMOSFET和 SBD之外,羅姆專為電機及逆變器的節能化開發的PrestoMOS™係列對內置600V超級結MOSFET的二極管進行了優化,其恢複時間(trr)相比於傳統產品減少了80%,同時可以有效降低開關損耗、提升電機係統的再生性能,降低電機係統的EMI噪聲,抑製製動時的逆起電壓。
另一方麵,羅姆的650Vnaiyakuaihuifuerjiguan,keyianquanyizhizhidongshideniqidianya,bingtongguofanfugaijinruanhuifutexing,tigonglehuifushijianyuzhengxiangdianyazhezhongdetexing,yiyushixiandianjixitongdediEMC噪聲。特別的,羅姆根據實際不同的需要,提供了突出軟恢複並實現包括振鈴在內的低噪聲化的“低正向電壓/超低噪聲係列”和通過實現高速恢複降低了恢複能量的“高恢複時間/超低噪聲”係列,滿足客戶的不同係統設計需求。
此(ci)外(wai),羅(luo)姆(mu)還(hai)提(ti)供(gong)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)和(he)內(nei)置(zhi)絕(jue)緣(yuan)元(yuan)件(jian)的(de)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)係(xi)列(lie)產(chan)品(pin)。通(tong)過(guo)以(yi)多(duo)通(tong)道(dao)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)緊(jin)湊(cou)的(de)構(gou)成(cheng)逆(ni)變(bian)器(qi)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu),可(ke)以(yi)安(an)全(quan)的(de)構(gou)建(jian)半(ban)橋(qiao)應(ying)用(yong),從(cong)而(er)防(fang)止(zhi)高(gao)邊(bian)和(he)低(di)邊(bian)同(tong)時(shi)開(kai)路(lu),通(tong)過(guo)提(ti)供(gong)1200V高邊浮動耐壓,助力客戶開發安全性和功能性兼顧的電機係統。特別的,羅姆提供內置自舉二極管的BS2132F產品,在以6tongdaogaobianhedibiangoujianjincoudexitongdetongshi,keyigenjuxitongshedingguodianliujiancezhi,congertigaoxitonganquanxing。neizhijueyuanyuanjiandezhajiqudongqichanpinfangmian,luomukeyitigong3,750V絕緣耐壓的驅動器,並以超薄封裝實現係統的小型化。而具有2,500V絕(jue)緣(yuan)耐(nai)壓(ya)以(yi)及(ji)多(duo)種(zhong)安(an)全(quan)性(xing)能(neng)的(de)產(chan)品(pin)係(xi)列(lie),可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)監(jian)視(shi)柵(zha)極(ji)狀(zhuang)態(tai)檢(jian)測(ce)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)驅(qu)動(dong)異(yi)常(chang),並(bing)通(tong)過(guo)溫(wen)度(du)關(guan)斷(duan)預(yu)防(fang)熱(re)失(shi)控(kong),還(hai)能(neng)通(tong)過(guo)軟(ruan)關(guan)斷(duan)安(an)全(quan)的(de)控(kong)製(zhi)功(gong)率(lv)元(yuan)器(qi)件(jian),從(cong)而(er)大(da)幅(fu)提(ti)升(sheng)電(dian)機(ji)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。
2. 決定電機係統穩定的穩壓器
穩(wen)定(ding)是(shi)工(gong)業(ye)電(dian)機(ji)係(xi)統(tong)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)安(an)全(quan)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)之(zhi)一(yi),穩(wen)定(ding)的(de)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)首(shou)先(xian)需(xu)要(yao)正(zheng)確(que)且(qie)穩(wen)定(ding)的(de)控(kong)製(zhi)電(dian)源(yuan),羅(luo)姆(mu)作(zuo)為(wei)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)功(gong)率(lv)元(yuan)器(qi)件(jian)和(he)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)的(de)綜(zong)合(he)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)供(gong)應(ying)商(shang),除(chu)了(le)提(ti)供(gong)轉(zhuan)換(huan)器(qi)、變頻器、控製電路的一級側電源和二級側非絕緣電源用DC/DC轉換器以及輸入+24V絕緣電源之外,還提供了包括參考設計、定製電路支持、變壓器設計支持、從AC/DC到DC/DC的一條路設計支持以及相關電氣特性的測試支持等服務。
羅姆提供的AC400V~AC690V控製電源用高耐壓一次電源解決方案提供外置SiCMOSFET和內置SiCMOSFET兩種形態,還備有易於進行動作評估的評估套件、應用說明,可以助力客戶的整機設計並擴大了適用範圍。該方案充分發揮了專為工業設備輔助設備電源開發的1700V耐壓SiCMOSFET的高速性和低RDS(on) 的一次電源電路與SiC專用高壓輸入AC/DC控製器組合,為客戶提供了綜合解決方案的參考設計。在AC100V~AC240V的控製電源用中耐壓一次電源IC方麵,羅姆提供了內置650V/800VMOSFET的AC/DC轉換器的參考方案,具有輸入AC電壓監測、高精度2次側過壓保護、電流檢測電阻的開路和短路保護以及動態過電流限製等功能,並提供10年供應保障的低EMILB級別的驅動電路。此外,羅姆還提供了可廣泛應用於商用電源(AC90V~AC264V)及DC24V~28V電源用圖的絕緣用控製IC係列,通過選擇直流外置低耐壓的MOSFET或交流外置650V/800VMOSFET,構成適用於輸入電壓的絕緣型開關電源電路。
在穩壓應用方麵,羅姆還提供二次電源用恒壓穩壓器和浪湧吸收用二極管,以及高效率小型化的二次電源用DC/DC轉換器,供客戶在設計完整電機係統時選擇采用。
3. 傳感——精確運動控製的得力助手
dianjixitongzuizhuyaodegongzuorenwuzhiyijiushiyundongkongzhi,eryundongkongzhixuyaozhengquechuandidongzuodechuanganqi,duidianjixitonglaishuo,jiangchuanganqidemonixinxizhuanhuanweishuzideAD轉換器非常重要。羅姆在這方麵同樣提供了先進且品類豐富的元器件,比如準確安全的檢測電流所需要的電流檢測用分流電阻器、旗下Kionix檢測振動並通知設備異常的三軸加速度傳感器,以及AD轉換器等模擬接口豐富的旗下LAPIS工業用微控製器ML62Q1000係列等,滿足客戶對各種工業電機的設計需求。
羅姆的GMR係xi列lie大da功gong率lv低di電dian阻zu分fen流liu電dian阻zu器qi具ju有you在zai大da功gong率lv區qu域yu損sun耗hao少shao並bing能neng以yi高gao精jing度du進jin行xing電dian流liu檢jian測ce的de優you勢shi,通tong過guo優you化hua了le電dian極ji結jie構gou和he電dian阻zu體ti元yuan件jian的de設she計ji,大da幅fu降jiang低di了le發fa熱re,結jie合he在zai較jiao低di電dian阻zu領ling域yu也ye能neng達da到dao優you良liang的de電dian阻zu溫wen度du係xi數shu和he可ke實shi現xian較jiao高gao的de額e定ding功gong率lv保bao證zheng等deng優you點dian,大da幅fu提ti升sheng了le係xi統tong的de安an全quan性xing、穩定性和可靠性。適用於中功率電機的電流傳感器用途的分流電阻器LTR低(di)阻(zu)值(zhi)係(xi)列(lie),通(tong)過(guo)采(cai)用(yong)長(chang)邊(bian)電(dian)極(ji)結(jie)構(gou)來(lai)縮(suo)短(duan)端(duan)子(zi)間(jian)的(de)距(ju)離(li),減(jian)輕(qing)對(dui)焊(han)接(jie)結(jie)合(he)部(bu)的(de)機(ji)械(xie)應(ying)力(li),從(cong)而(er)更(geng)適(shi)應(ying)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)並(bing)大(da)幅(fu)提(ti)升(sheng)連(lian)接(jie)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。
工gong業ye電dian機ji係xi統tong的de設she備bei數shu據ju獲huo取qu是shi傳chuan感gan器qi的de重zhong要yao應ying用yong,獲huo取qu這zhe些xie數shu據ju有you助zhu於yu對dui電dian機ji係xi統tong的de運yun轉zhuan情qing況kuang和he健jian康kang情qing況kuang進jin行xing更geng好hao的de監jian測ce。在zai工gong業ye設she備bei的de健jian康kang監jian測ce用yong途tu方fang麵mian,羅luo姆mu旗qi下xiaKionix的三軸加速度傳感器KX134-1211和KX132-1211的工作溫度提升到105度,廣泛適用於各種頻率和加速度監測,特別符合工業設備的電機振動分析等機器健康監測的需求。羅姆的溫度傳感器IC則在單芯片中內置了溫度監測元件、恒流電流、高精度基準電源電壓,可用於需要溫度檢測的各種電子設備。
4. 發揮器件優勢,構建係統級方案
借助自身元器件在高效和高可靠性的優勢,羅姆將功率器件、wenyaqihechuangankongzhisandayingyongfangmianshihedechanpinzuchengjiejuefangan,xiwangnenggoubangzhukehujiezhuluomudejishugengkuaisugaoxiaodikaifaxianjindedianjixitong,congergenghaodefuwuyubuduanbiangedegongyezidonghuachanye。
4.1三相AC400V輸入工業用逆變器驅動器方案
在率先推出的三大係統級解決方案中,三相AC400V輸入工業用逆變器驅動器方案可以說是對功率元器件嚴峻的考驗。該方案集合了羅姆眾多SiC元器件和功率模塊,作為SiC元器件的先驅,羅姆不僅開發了多種先進的SiC器件,還在開發IGBT元器件,並提供驅動元器件的柵極驅動器、用於控製電源的內置SiC的AC/DC轉換器等,配合傳感器接口和穩壓器等產品,便於客戶快速打造適合需求的高可靠性高效率解決方案。

三相AC400V輸入工業用變頻電機係統方框圖
4.2三相AC100~240V輸入工業用AC伺服係統
相比而言,中壓應用方麵的三相AC100~240V輸入工業用AC伺服係統則是展現了羅姆以柵極驅動器、功率元器件一體型的IPM為中心的綜合元器件開發能力,該方案整合了600VIGBT-IPM和製動器用的IGBT、快速恢複二極管以及內置3750V耐壓絕緣元件的柵極驅動器等。對於AC伺(si)服(fu)係(xi)統(tong),傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)不(bu)亞(ya)於(yu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian),羅(luo)姆(mu)在(zai)該(gai)方(fang)案(an)中(zhong)提(ti)供(gong)了(le)助(zhu)力(li)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)豐(feng)富(fu)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)產(chan)品(pin),包(bao)括(kuo)工(gong)業(ye)設(she)備(bei)專(zhuan)用(yong)的(de)旗(qi)下(xia)Kionix的3軸加速度傳感器和旗下LAPIS的強化微控製器等,從而為客戶提供完整而又便於快速成型的係統級解決方案。

三相AC100~240V輸入工業用AC伺服係統方框圖
4.3AC100~240V、DC24V~48V非絕緣電機驅動係統方案
對自動門、屏蔽門等嵌入式工業設備,以及對電池驅動的AGV、電dian動dong輪lun椅yi和he福fu利li設she施shi等deng非fei絕jue緣yuan電dian機ji應ying用yong,羅luo姆mu也ye可ke以yi根gen據ju用yong途tu以yi係xi統tong的de形xing式shi提ti供gong各ge種zhong產chan品pin和he完wan整zheng解jie決jue方fang案an,為wei設she備bei啟qi動dong提ti供gong快kuai速su支zhi持chi。在zai羅luo姆mu的deAC100~240C和DC24V~48V非絕緣電機驅動係統解決方案中,羅姆提供了600VIGBT-IPM、IGBT/MOSFET高低邊3相橋驅動器和工業用16位微控製器等產品,便於客戶更好的搭配適合自己的設計需求。
特別是,隨著AI技術的廣泛應用,羅姆還推出了為AI智能控製的AGV、用於醫療及護理現場的移動方式和近距離通勤車的小型移動工具開發的,以充電電池為動力源的低電壓、非絕緣電機驅動參考設計(根據用途不同提供~50W,~150W和~300W三種),並提供了綜合設計支持,對於從啟動時就需要低速、高扭矩的應用,利用羅姆的預驅動器、柵極驅動器和MOSFET等器件,實現了小型高效率的參考設計方案。

單相AC100V~AC240V非絕緣電機驅動係統方框圖

DC24V~DC48V工業電機驅動係統方框圖
5. 展望
“萬丈高樓平地起,一磚一瓦皆根基”,於(yu)工(gong)業(ye)電(dian)機(ji)設(she)計(ji)而(er)言(yan)亦(yi)是(shi)如(ru)此(ci),工(gong)業(ye)領(ling)域(yu)的(de)快(kuai)速(su)發(fa)展(zhan)與(yu)電(dian)機(ji)產(chan)品(pin)的(de)技(ji)術(shu)進(jin)步(bu)是(shi)相(xiang)輔(fu)相(xiang)成(cheng)的(de)。隨(sui)著(zhe)現(xian)代(dai)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)的(de)信(xin)息(xi)化(hua)和(he)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)不(bu)斷(duan)加(jia)深(shen),集(ji)成(cheng)電(dian)機(ji)、診斷、保護、控製、tongxindenggongnengdewanbeidezhinengdianjixitongxuqiuyejiangyuelaiyueda,yaoqiuyuelaiyueyan,erluomujiangchixuzheliyugongyedianjineibudegeleixianjinqijian,yonggengduochuangxindechanpinyujiejuefangan,zhulikehudazaoshunyingshidaixuqiudexiandaigongyedianjixitong。
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