變速電機控制(07-100)

　　為了能提供低成本變速電機控制器，元件供應商通過降低元件復雜性來降低變速控制器的成本。現在已出現幾種數字信號控制器(DSC)平臺，把DSP和RISC與集成電機控制外設(包括PWM模塊)結合在一起。這可提供一個可編程平臺，能處理第三方或專用電機控制算法。

　　另外的方案是直接用硬件實現電機控制算法，這可消除軟件開發和集成問題，也可加速算法執行以提高轉矩和速度控制。iMOT10N平臺是其中一個實例，它提供菜單驅動配置工具。工程師利用它可以快速輸入系統參量完成設計。

　　無論用哪種方案，工程師都可以解決數字控制問題。然而，另一個主要障礙是設計和集成功率級。配置一個合適的變換器、柵驅動器和有關的保護電路需要功率電子設計技巧。

　　集成電源模塊

　　集成電源模塊(IPM)，如IRAM系列，把所需的元件都結合在單個單元中，從而減少了元件數，同時也提高了可靠性。IPM吸取了很多與功率電子設計有關用于運動控制應用的工程成果。例如，預最佳化柵阻抗使EMI噪聲和功耗較低，集成自舉電路二極管和電阻器來驅動高邊IGBT。為使寄生效應引起的損耗最小和熱性能最佳，精心布線驅動器，而且也內置了過流和過溫保護。工程師可以為專門應用簡單地選擇合適的IPM。

　　然而，系統中的IPM性能依賴于很多與應用有關的參量，如開關頻率、調制指數、模塊外殼溫度。數據手冊提供一些指南，但通常是對于標準工作條件的，設計師需要另外的幫助來預測專門應用中的性能，包括選擇合適的模塊、匹配可選擇的參量(包括開關頻率)和確定散熱器大小，以便在最壞工作條件下保持結溫在廠家規定的限值內。

　　應用特性

　　為了選擇合適的IPM，設計師要了解應用方面的信息。例如，考慮設計一個洗衣機控制器，工作在3ARMS相電流、16KHz開關頻率、DC總線電壓320V。如果增強可靠性是產品的賣點，則特定的最高結溫度必須設置在模塊供應商推薦的限值內(如125℃)。

　　IPM的IRAM家族(額定電流6A和10A模塊)適合這種應用。然而，對于每個模塊在給定工作條件下的功耗是不同的，所以，保持結溫度在125℃以下，所需的散熱器也是不同的。計算所需的散熱器熱阻(RTH)需要IPM熱和電性能知識來確定傳導和開關損耗，并根據這些數據預測結溫。

　　模型化工具

　　盡管模型化穩態條件相當簡單，但實際中的功耗不是常數。在工作中，結溫將擺動超過穩態平均值，因為功耗隨基頻(等于逆變器調制頻率)變化。另一個問題是相互散熱，這是因為IPM中的多個熱源共享從外殼到環境的相同路線。若IPM模型不精確，必須把此效應考慮進計算中。

　　iSine軟件工具(圖1)包含IRAM系列模塊的電和熱模型。此工具幫助工程師選擇最佳模塊和確定所需的散熱器額定值。