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稳定可靠和高能效的工业驱动方案
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电动机的大功率驱动系统工业自动化机器人系统的关键组件,因为它们消耗的电能超过一半。这些驱动系统在实现节能方面具有核心作用。

自动化的步伐不断加快,使电机驱动系统成为未来行业的核心。 在更大功率下提高能效和可靠性将继续成为工业驱动方案的重点。

变频电机驱动现在几乎已经成为所有应用领域的标准配置,带来了:

•  全速运行时,效率更高
•  进一步提高了效率,因为它们可以在需要时以较低的速度运行
 

电机驱动系统有不同的分区方式。智能功率模块(IPM)在单个模块中包含逆变器和内部驱动器。功率集成模块包括逆变器和制动电路,通常不含驱动器。其原因是对于三相交流(AC)输入的应用,智能功率模块变得非常大。

 

让我们看看没有驱动器的模块:

 

 

模块的引脚需要相互之间有一定的间距,以保持

•  安全性
•  长期可靠性
 

这些间距必须根据各种应用的因素来计算,如驱动器的最大工作高度、系统中的有效电压、系统用的隔离度、模块和印刷电路板的污染程度以及CTI等。

 

通过对典型的电机驱动应用的详细计算,得出最小模块尺寸为70 mm左右。如果加上门极驱动控制引脚的空间,最小模块的尺寸会更大。

 

对于小功率工业三相AC输入应用,IPM模块和凝胶填充模块都被广泛使用:IPM模块没有整流器,而凝胶填充模块没有驱动器。在机器人焊接设备更加普及的驱动下,凝胶填充模块和IPM模块都采用焊接引脚是新设计的趋势。

 

以下是新的转移成型PIM(TMPIM)模块的横截面图。请留意为了说明,此图比例经拉大。

 

 

与现有模块相比,TMPIM有个明显的优势。整个模块的厚度为8 mm。引脚顶部与散热器顶部之间的间隙为6 mm,比5.5 mm的间隙要求要大。凝胶填充模块也能满足这要求,但它们的厚度要厚很多(12mm对比TMPIM的8 mm)。而IPM模块则更薄。因此,机械设计人员需要对散热器进行成型,增加了额外的制造成本。

 

TMPIM所使用的IGBT是稳定可靠的Field Stop II 1200 V IGBT,在150 C、900 V母线电压和15 V门极驱动下的短路额定值超过10 us。在发布之前,这些模块在电机驱动测试中进行了广泛的测试,包括台架测试。NCP57000隔离门极驱动器是驱动TMPIM的理想选择。每个TMPIM使用6个隔离驱动器。NCP57000门极驱动器具有去饱和(DESAT)功能,可以检测到过载电流,然后对IGBT进行软关断,防止短路条件下过快的关断产生过多的电压尖峰。

 

TMPIM系列可以实现1000次以上的热循环。没有任何散热器的标准凝胶填充模块通常只能实现200个热循环。这些模块的功率循环曲线显示出优异的功率循环能力,取决于结温的变化。TMPIM的较高功率模块采用高性能的氧化铝基板。从而在读取功率循环曲线时,较低的热阻导致较低的热变化,从而导致较高的功率循环能力。

 

目前的TMPIM包括1200 V转换器-逆变器-制动(CIB)模块,其额定电流为25 A,35 A,35 A含高性能基板,50 A含高性能基板。该系列中的新设计将涵盖650 V CIB模块、650 V六组、1200 V六组、1200 V六组和650 V模块含交错式PFC和六组。

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