工業電機驅動器是現代制造業的核心組件之一，它們在各種應用場景中發揮著關鍵作用，如過程自動化、風扇控制、泵送液體和氣體、機器人技術等。隨著對能源效率和性能要求的不斷提高，選擇合適的驅動器設計方案及其核心組件變得至關重要。芯片供應商-中芯巨能將探討工業電機驅動器的設計要點，并推薦適用于不同需求場景的關鍵芯片。

1. 設計目標與原則

高效節能：通過優化設計減少能量損耗，提高能效。

可靠性與耐用性：確保長時間穩定運行，降低維護成本。

精確控制：實現高精度的速度和位置控制，滿足復雜應用需求。

靈活性與可擴展性：支持多種類型的電機和控制系統架構。

安全合規：符合國際標準和地方法規的安全要求。

2. 關鍵技術要素

2.1 變頻驅動(VFD)

VFD技術允許根據實際負載調整輸出頻率和電壓，從而實現平滑啟動、調速等功能。對于需要頻繁啟停或速度調節的應用來說尤為重要。選擇時需考慮功率范圍、過載能力以及是否集成有高級功能如矢量控制等。

2.2 功率半導體器件

MOSFETs (金屬氧化物場效應晶體管): 適用于低至中等功率水平的應用，具有快速開關特性。

IGBTs (絕緣柵雙極型晶體管): 在較高功率場合表現出色，能夠承受大電流且具備良好的熱穩定性。

二極管: 用于整流或續流路徑，確保電路中的電流方向正確。

PIMs (Power Integrated Modules) 和 IPMs (Intelligent Power Modules): 集成了多個元件于一體，簡化了PCB布局設計并提高了系統整體可靠性。

2.3 輔助控制組件

柵極驅動器: 為功率開關提供足夠的驅動信號，同時保護其免受過壓沖擊。

運算放大器: 用作模擬信號處理單元，執行諸如電壓/電流檢測、反饋調節等任務。

傳感器: 包括但不限于霍爾效應傳感器（用于轉速測量）、溫度傳感器（監測工作狀態）以及壓力傳感器（監控液壓系統）等。

微控制器(MCU) 或者 數字信號處理器(DSP): 作為控制系統的大腦，負責執行復雜的算法計算、通信接口管理等工作。

3. 芯片推薦

針對上述提到的技術要點，以下是一些推薦使用的具體型號：

安森美(onsemi)

MOSFET: NTMS4H060N085S3

IGBT: FGH30T120U

二極管: MUR460**

PIM/IPM: SPWM3020C3A

英飛凌(Infineon)

MOSFET: IRFB7540

IGBT: IGBT4

二極管: ESD20K120

PIM/IPM: CIPOS? Maxi系列

德州儀器(TI)

柵極驅動器: UCC27211

運算放大器: OPA234

MCU/DSP: TMS320F28035

意法半導體(STMicroelectronics)

位置傳感器: LIS3DH

溫度傳感器: STTS751

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4. 實施建議

熱管理：合理規劃散熱結構，使用適當的冷卻方案來保證電子元件的工作溫度處于安全范圍內。

電磁兼容性(EMC)：采取屏蔽措施減少電磁干擾，確保系統正常運作不受外界影響。

軟件開發：利用現成的庫函數或者開發工具加速編程進度，同時加強代碼測試以提高系統的魯棒性。

原型驗證：制作樣品進行充分測試，及時發現潛在問題并作出相應改進。

總結

在設計高效的工業電機驅動器涉及多方面考量。從選擇適合特定應用場景的變頻驅動技術到挑選高性能的功率半導體器件，再到整合輔助控制組件，每一步都至關重要。