电机和逆变器的使用在工业自动化、机器人、电动汽车、太阳能、白色家电和电动工具等应用中持续增长。伴随着这种增长是对提高效率、降低成本、缩小封装和简化整体设计的需求。虽然使用分立式绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 设计定制电机和逆变器功率电子器件以满足特定要求很有诱惑力,但从长远来看,这样做的成本很高,而且会延误设计进度。

 

相反,设计人员可以使用现成的 IGBT 模块,将多个功率器件组合到一个封装中。此类模块支持设计人员以最少的互连来开发紧凑的系统,从而简化组装,缩短上市所需时间,降低成本,并提高整体性能。配套使用合适的 IGBT 驱动器,使用 IGBT 模块就可以开发出高效、低成本的电机驱动装置和逆变器。

 

本文先简要介绍电机和逆变器以及相关驱动电路和性能要求,然后回顾使用 IGBT 模块的优点和各种模块封装标准,最后介绍基于 NXP Semiconductors、Infineon Technologies、Texas Instruments、STMicroelectronics 和 ON Semiconductor 等厂商的 IGBT 模块和驱动器 IC 的电机驱动和逆变器设计方案,以及如何应用这些方案,包括评估板的使用。

 

电机类型和效率标准
IEC/EN 60034-30 将电机效率分为 IE1 至 IE5 五个等级。美国电气制造商协会 (NEMA) 从“标准效率”到“超高效率”都有相应的评级标准(图 1)。为了达到更高的效率标准,使用电子驱动是必要的。采用电子驱动的交流感应电机可以满足 IE3 和 IE4 的要求。为了达到 IE5 的效率水平,需要组合使用成本较高的永磁电机和电子驱动