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電機驅動及控制的方案 [2015/8/7]

 

  近年來,各國政府為倡導節能環保而紛紛出台新的家電能效标準,當下消費者在購買家電時,除了考慮價格因素,也會将産品是否省電作為一個重要的參考因素。在産品日趨同質化、競争越來越激烈的家電市場,家電企業要想立于不敗之地,産品達到更高能效将是重要賣點。

    電機是家電的核心組成部分:其中高檔電冰箱中使用的電機達5個或更多,用于阻尼器、風扇、制冰機、、氣流調節及冷卻流泵等;空調室内機通常使用2個電機用于風扇和百葉窗,室外機通常使用3個電機用于壓縮機、風扇及閥;洗衣機要求采用電機來驅動筒、水泵以及各種泵;烘幹機需要電機來驅動筒及鼓風機。因此,在設計中采用高能效的電源轉換及電機驅動/控制方案是設計出高能效家電産品的關鍵。本文将介紹一下幾款典型應用于電産品的電機驅動及控制方案。

 家電應用要求及設計挑戰

  1.減小體積evD

   消費者越來越青睐體積小巧的電冰箱的趨勢,導緻工程師采用更小的電機以優化占用空間。  

2.降低能耗

   能耗問題是工程師們在家電應用設計中的一大共同挑戰。例如,如果風扇驅動器的電路闆内置,就會産生熱量及并要求消耗額外的電能來把它冷卻。因此,工程師可能會同時要求高能效及具強力冷卻功能的電機。

3.靜音驅動

    實現靜音驅動是工程師的一大目标,以減小家電産品中電機産生的惱人噪聲,為消費者帶來舒适甯靜的使用體驗。

4.寬電壓/電流範圍

   此外,由于家電要求采用高壓電源來驅動,耐用性、安全性及可靠性也很重要。

   提供寬廣陣容的高能效電機驅動/控制方案,支持最高電壓達600 V,最大電流達50 A,包括12 V無刷直流(BLDC)電機驅動器、24 V BLDC電機驅動器、3相BLDC電機驅動器控制器(驅動電壓達240 V)及600 V或更高電壓BLDC電機驅動器,幫助工程師能設計出更高能效、更安靜工作、占位面積更少的方案用于對電機的電壓範圍及電流範圍有不同要求的冰箱、空調、洗衣機及烘幹機等白家電應用。  

1. IPM及二合一IPM

    3相電機控制的智能功率模塊(IPM),如單分流電阻型的STK551U362A-E(10 A)、STK531U369A-E (10A) 和STK531U394A-E (15 A),以及三分流電阻型的STK554U362A-E(10A) 和 STK534U342C-E(5A),能滿足高擊穿電壓、高能效及高可靠性的要求,是用于驅動電冰箱和空調壓縮機、空調風扇電機及洗衣機筒驅動的理想選擇。

    這些IPM使用安森美半導體獨特的絕緣金屬基闆技術(IMST®),采用低熱阻、高導熱的絕緣材料将銅箔和金屬基闆即鋁基闆壓合在一起,金屬的高熱傳導率使功率輸出電路、控制電路及模塊外圍電路能夠貼裝在同一基闆上。此技術具有7大技術優勢,包括:易于集成和減少元件數量以降低總成本、内置外圍電路簡化 PCB設計以縮短終端産品的設計時間、提供更靈敏更高精度的溫度檢測以實現更可靠的散熱保護、噪聲抑制、降低浪湧電壓、提升能效和降低能耗,以及單列直插式 (SIP) 型封裝優勢。

  LB1948MC($0.9396)、LB1909MC($0.7290)、LV8548MC($0.4680)和LV8549MC($0.5040)用于驅動阻尼器(電冰箱及洗衣機、烘幹機内)。這些器件提供高擊穿電壓、高能效、低待機電流、變速控制及易于設計等關鍵特性。其中,LB1948MC和LV8548MC還可用于驅動電冰箱自動制冰機電機。 LB1948MC是2通道、12 V低飽和電壓驅動、正向/反向電機驅動器,采用強固的擊穿設計,在待機模式下的電流消耗為零。LV8548MC是單低導通阻抗DMOS驅動器(導通阻抗僅為1 Ω),勵磁模式包括滿步及半步等,提供不同的步幅調節;待機模式下的電流消耗同樣為零,提供低能耗

3. 無傳感器型電機驅動器

    對于電冰箱而言,通過風機通風來排熱是重要功能,要求電機驅動器具有安靜驅動、高能效及變速控制等特性。安森美半導體提供應用于電冰箱通風的創新、高能效的三相驅動器,如LV8804FV($1.2555)、LV8805SV($1.1290)及LB11685AV($1.0150)等。這些驅動器能夠提供低能耗及低振動的工作,它們不要求霍爾傳感器,因而能夠減小電機尺寸。軟啟動功能使它們能夠穩定地安靜啟動。LV8804FV、LV8805SV集成的軟開關功能實現極為安靜的電機工作。此外,鎖保護功能用于在電機異常停轉時關閉輸出,因而保護驅動器。

  4. 預驅動器IC + 混合IC

    空調室内機和室外機都會用到直流風扇,需要驅動3相BLDC風扇電機。風扇電機的驅動電壓可達250 V,設計要求采用600 V器件,以确保足夠強固,能夠處理噪聲尖峰問題。其中,室内機使用1.0 A的風扇。較大的分體式空調則使用2.0 A風扇。室外機使用3.0 A的風扇。

    直流風扇電機提供由LV8136V($2.4576)預驅動器IC和STK611-7xx或STK5C4($9.8050)系列三相風扇電機混合集成電路(HIC)構成的驅動方案。此方案提供高壓、大電流(1 A/2 A/3 A)驅動,能效高,工作安靜,(液位計液位變送器電容式液位計電容式液位變送器)元器件數量少,集成多種保護特性,提供更高可靠性。省電模式還使待機電流幾乎為零。

  由于洗衣及烘幹機中的鼓風機跟空調應用類似,也可采用LV8136V以提供優化的能效及低噪聲。

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