电机的应用趋势及控制解决方案

工控自动化   作者:顾伟俊 时间:2020-03-03来源:电子产品世界

顾伟俊  (罗姆半导体(上海)有限公司 技术中心 现场应用工程师)

摘  要:介绍了电机的应用趋势,以及MCU、功率器件的产品动向。 

关键词:电机;BLDC;MCU;SiC;IPM

1  电机的应用趋势 

随着智能家居、工业自动化、物流自动化等概念的普及深化,在与每个人息息相关的家电领域、车载领域以及工业领域,各类电机在技术方面都出现了新的需求。 

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在家电领域,电器的智能化需要电器对人机交流产生相应的反馈。例如扫地机器人需要扫描计算空间,规划路线,然后执 行移动以及相应的清洁工作。这里除了各类传感器和复杂的计算,其执行单元都离不开电机的应用。 再譬如,智能家居概念下,在接收到控制命令后,冰箱的开门、打开抽屉可自动完成,这个概念也需要增加多组电机。 

汽车智能化对电机的需求更加明显,例如新开发的乘用汽车,普遍将电动车门、电动车窗、电动后视镜、电动座椅、多风口可控自动变频空调等概念普及,这些新增的功能使电机的数量急剧增加。考虑到这些电机的应用场合以及设计使用寿命,48 V以下的BLDC、步进电机等会出现较快的增长。同时新的需求以及成本的压 力,对电机控制器提出更复杂的要求,例如从原有的并行通讯,改为串行或者总线通讯,以减少整体布线并提高兼容性。例如增加各类电压、电流、温度的实时监测并反馈,以便电器安全自诊断与保护。例如对电机控制的待机功耗提出苛刻的要求,以满足各类电器的能耗要求等。并且对电机本身的功率密度也会有强烈的要求,以满足工作条件下更低功耗、更低的散热、更紧凑的结构。这些都是电机技术发展的课题。

2  相应的元器件趋势 

对于电机控制元器件的发展,主要有以下几个要求。 

1)MCU的处理速度需要提高。随着电机性能的提高,相应的控制算法越来越复杂,对MCU的要求会越来越高。 

2)功率器件性能提高。在电机损耗中,除了电机结构本身的铁损和铜损之外,主要的功率损耗就是IPM等功率器件的损耗。电机的功率密度提升与功率器件的效率有着直接的关系。ROHM(罗姆半导体)非常注重功率器件的发展。例如在空调领域,ROHM在空调风机以及压缩机领域,提出了用高压PrestoMOS替代功率 IGBT,用来控制BLDC。与传统空调相比,可使空调电机工作功耗减少30%以上。当前更是采用了新材料SiC MOSFET,可使空调工作功耗进一步减低至50%左右。 

3)随着电机的功率密度提高,需要对元器件的耐高温参数进一步要求。在工业的伺服电机、车载驱动电机的应用中,控制器和电机是分开的2个壳体。因为电机工作中的高温是半导体不能承受的。但随着SiC(碳化硅)技术的发展,在不久的将来,有望将电路的工作温度大大提高,从而将控制电路集成到电机内部,这对电机功率密度是有很大的帮助的。

3  ROHM的解决方案 

ROHM 正在积极开发适合市场需求的电机驱动。 在低压电机领域,正在开发可直接输入48 V DC的BLDC,步进电机的控制器,以满足未来市场的需要。 

在功率电机方面,ROHM开发出新一代的 IGBT、SiC MOSFET、以及不断开发更高新能的SiC MOSFET,并开发相应的驱动芯片完善控制,正用于客 户新型电机的开发和生产中。

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第03期第13页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。

关键词: 202003 电机 BLDC MCU SiC IPM

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