0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

利用封装、IC和GaN技术提升电机驱动性能

jf_pJlTbmA9 来源:电子工程专辑 作者:电子工程专辑 2023-11-23 16:21 次阅读

作者:Nenad Belancic,Adam Gozdzicki

电机驱动设计方面的技术进步为我们开启了许多大门。例如在运动控制系统中,更高精度、效率和控制能力给用户体验性和安全性、资源优化以及环境友好性等方面带来了诸多好处。无刷电机技术的引入则是业界朝着全面提升效率迈出的重要一步。

从有刷到无刷的转换已经有很长时间了,随着更多新技术和系统组件的引入,还在继续向前发展。与此同时,电气元件的最新发展也使得更好的热管理、更高的功率密度和小型化成为可能,从而能以更具竞争力的成本执行更复杂的任务。

业界一流的半导体技术能使低中压等级的电机设计更加高效和小巧,并为终端用户提供更强的功能。工程师们可以选择不同的半导体解决方案,来进一步优化电机驱动设计。

终端产品的开关频率和热阻等技术参数为驱动器提出了一定的要求。为了创建一个能够提高功率密度并缩小尺寸的最优设计,设计师必须尽量降低损耗:包括传导损耗和开关损耗,并改善热管理性能。

大功率封装技术改进

伴随着机器人和电动工具中电池电压不断提高的趋势,电机驱动器功率也在不断提高。这就意味着在高额定电流、耐用性和延长寿命方面,对功率半导体的要求越来越高。满足这些要求的一个具有深远意义的场景是新的封装技术平台,它有三种不同的变化,其选用取决于具体需求(参见图1)。

图1:TOLL、TOLG和TOLT封装技术全面比较。来源:英飞凌

经过优化的TO无引脚(TOLL)可以处理高达300A的电流,在大幅减少占位面积的情况下,提高了功率密度。与D2PAK相比,占位面积减小了30%,高度降低了50%,因此总体上节省了60%的空间,使得设计更加紧凑。

带鸥翼的TO有引脚(TOLG)封装,提供了一个与TO无引脚封装兼容的外形尺寸。相对于无引脚式,鸥翼式引脚的额外优点是使得板上热循环(TCOB)性能提高了2倍。这种封装在绝缘铝金属基板(Al-IMS)上的性能非常出色。

TOLT是TOLx系列中采用TO有引脚顶端冷却方式的一种封装。通过顶端冷却,漏极暴露在封装表面,使95%的热量能够直接散发到散热器上,与TOLL封装相比,RthJA提高了20%,RthJC提高了50%。

三相栅极驱动控制器芯片

新的三相智能电机驱动芯片,可以用来开发出采用无刷直流(BLDC)或永磁同步(PMS)电机的高性能电机驱动器。这些设计特别适合于移动机器人、无人机和电动工具应用。

图2:栅极驱动控制器芯片可以与微控制器集成在同一封装中。来源:英飞凌

借助使用内置数字SPI接口的50多个可编程参数,电机驱动器芯片可实现高度可配置,可以驱动各类广泛的MOSFET,从而实现最佳的系统效率。其他优点还包括:

·减少外部元件数量,减小PCB面积
·更优异的效率和电磁干扰(EMI)性能
·在使用不同的逆变器FET方面具有最大的灵活性
·具有高精度的电流检测能力,同时可节省外部元件数量
·更高的动态范围,可进一步提高信号分辨率
·更高的可靠性和故障检测能力
·利用氮化镓提高了效率和功率密度

在某些情况下,重要的设计目标是将功率电子器件集成在靠近电机的地方或同一壳体内。这种设计的潜在好处包括提高功率密度和降低BoM成本,因为电机和电子元器件可以放在一个较小的壳体内,借助系统效率的提升而节省了成本。

通常情况下,散热和大电容一直是影响集成式电机驱动器(IMD)性能的不利因素。通过基于氮化镓(GaN)的设计,为克服开关速度和最大输出功率之间的艰难权衡提供了条件。利用面向场的控制(FOC),实现了更高开关频率,进而带来许多系统优势,包括减小大电容容量、降低电机纹波电流、降低扭矩纹波和声学噪音等。另外,更高的频率还能降低电机温度。这种组合可以实现更高的端到端系统效率改进。

在无人机中,提升系统效率后,其好处不仅因损耗减少能使设计效率更高,而且体积变得更小,这是无人机变得更轻从而飞得更远的一个关键。

展望未来

更高的产品集成度可以帮助工程师更加容易地实现即买即用型解决方案,从而缩短产品的上市时间。正如电机驱动芯片那样,将高集成度与广泛的可编程功能结合在一起,可以形成竞争性优势和系统灵活性。新的封装和宽带隙技术还能提供额外的电机控制系统优势,例如:

新的封装设计可以提供更优化的热管理性能,因为功率开关的发热总是与开关损耗密不可分。

新的宽带隙器件为更高的开关频率驱动奠定了基础,在提高精度和缩小占位面积方面均大有裨益。

为了开发出最具竞争力的电机控制系统,设计师必须充分利用好所有最新的可用技术。

本文转载自: 电子工程专辑微信公众号

  • 审核编辑 黄宇
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • IC
    IC
    +关注

    关注

    36

    文章

    5945

    浏览量

    175513
  • 封装
    +关注

    关注

    126

    文章

    7881

    浏览量

    142908
  • 电机驱动
    +关注

    关注

    60

    文章

    1216

    浏览量

    86731
  • GaN
    GaN
    +关注

    关注

    19

    文章

    1933

    浏览量

    73319
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    典型封装电机驱动IC,PCB如何布局?

    在本文上篇文章中,就使用电机驱动IC 设计PCB板提供了一些一般性建议,要求对 PCB 进行精心的布局以实现适当性能。在本文下篇中,将针对使用典型
    的头像 发表于 12-03 06:50 1.6w次阅读
    典型<b class='flag-5'>封装</b>的<b class='flag-5'>电机</b><b class='flag-5'>驱动</b>器 <b class='flag-5'>IC</b>,PCB如何布局?

    如何采用不同封装技术构建高性能GaN设备

    使用GaN FET构建高速系统并非易事。开关电场可占据封装上方和周围的空间,因此组装使用GaN FET用于无线系统的系统对于整体性能至关重要。本文着眼于不同
    的头像 发表于 03-11 08:04 4913次阅读
    如何采用不同<b class='flag-5'>封装</b><b class='flag-5'>技术</b>构建高<b class='flag-5'>性能</b><b class='flag-5'>GaN</b>设备

    利用GaN技术实现5G移动通信:为成功奠定坚实基础

    驱动许多技术进步。图1: 迈向5G 之路谈及新兴的mmW 标准时,GaN 较之现在的技术具有明显的优势。GaN 能够提供更高的功率密度,具有
    发表于 07-28 19:38

    GaN晶体管与其驱动器的封装集成实现高性能

    损耗。正是由于这些特性,GaN FET可以实现更高的开关频率,从而在保持合理开关损耗的同时,提升功率密度和瞬态性能。传统上,GaN器件被封装
    发表于 08-30 15:28

    TI助力GaN技术的推广应用

    ,并且优化其性能。我们深知,TI必须另辟蹊径。通过将GaN FET与高性能驱动器进行共同封装,我们能够在一个模块内提供惊人的
    发表于 09-10 15:02

    TI全集成式原型机助力GaN技术推广应用

    性能。我们深知,TI必须另辟蹊径。通过将GaN FET与高性能驱动器进行共同封装,我们能够在一个模块内提供惊人的
    发表于 09-11 14:04

    PQFN封装技术提高性能

    铜片封装具有与DirectFET封装(未使用顶部冷却)相似的性能,这实现了性能的大幅提升,同时能利用
    发表于 09-12 15:14

    驱动新一代SiC/GaN功率转换器的IC生态系统

    Stefano GallinaroADI公司各种应用的功率转换器正从纯硅IGBT转向SiC/GaN MOSFET。一些市场(比如电机驱动逆变器市场)采用新技术的速度较慢,而另一些市场(
    发表于 10-22 17:01

    GaN HEMT在电机设计中有以下优点

    器件的商业可用性,比如电机逆变器的GaN HEMT和直流部分的高性能电容器正在不断满足设计人员对于大功率电机驱动的可靠性需求,这些关键部件让
    发表于 07-16 00:27

    剖析用于电池驱动电机驱动应用的GaN-ePower-Stage IC逆变器

    通过消除输入滤波器中的电解电容器,GaN 晶体管和 IC 可以提高电机驱动应用中的功率密度。GaN的卓越开关行为有助于消除死区时间并获得无与
    发表于 03-25 11:05

    如何用集成驱动器优化氮化镓性能

    合理开关损耗的同时,提升功率密度和瞬态性能。传统上,GaN器件被封装为分立式器件,并由单独的驱动驱动
    发表于 11-16 06:23

    GaN器件在Class D上的应用优势

    以及Class D半桥逆变测试,配套测试设备可实现对系统的效率监测以及GaN器件的温度监测。测试平台的电路原理图如图2所示,对应系统的实物图如图3所示,该测试平台的驱动IC为Si8274,利用
    发表于 06-25 15:59

    利用智能MOSFET驱动提升数字控制电源性能

    利用智能MOSFET驱动提升数字控制电源性能 在电源系统中,MOSFET驱动器一般仅用于将PWM控制
    发表于 02-04 10:41 643次阅读
    <b class='flag-5'>利用</b>智能MOSFET<b class='flag-5'>驱动</b>器<b class='flag-5'>提升</b>数字控制电源<b class='flag-5'>性能</b>

    AMEYA360:罗姆确立超高速驱动控制IC技术

    ROHM罗姆确立了一项超高速驱动控制IC技术利用技术可更大程度地激发出GaN等高速开关器件的
    的头像 发表于 06-06 15:04 712次阅读

    CGD为电机控制带来GaN优势

    评估套件具有 Qorvo 的高性能无刷直流 / 永磁同步电机控制器 / 驱动器和 CGD 易于使用的 ICeGaN GaN 功率 IC
    发表于 06-07 17:22 1740次阅读
    CGD为<b class='flag-5'>电机</b>控制带来<b class='flag-5'>GaN</b>优势