提高电动机效率的办法（提高电动机运行效率的关键是）

全球约30% 的发电量用于驱动工业应用中的电动机。从绝对值来看，到2040 年，世界工业部门的能源消耗预计将翻一番。随着人们对能源成本以及有限资源的环境和财务方面的认识不断增强，提高电驱动电机效率的需求变得更加突出。

低电压驱动器要求

在低压市场（标准和紧凑型），应用可分为轻型或重型。从驱动角度来看，主要区别在于轻型电机和控制器通常必须在加速期间保持110% 的逆变器输出电流过驱动（例如泵和风扇应用）（图1）。重型电机和控制器通常需要设计能够承受高达额定逆变器电流150% 的过载。这种较高的过载电流是由于传送带的加速阶段造成的。

图1：过载能力定义为在110%（轻载/正常负载）和150%（重载）之间加速运行期间高于额定电流的时间。

驱动器用IGBT7

电机驱动系统的独特性和特殊性为IGBT设计提供了新的途径。借助正确的IGBT 技术，可以创建更适合满足这些需求的模块。这是英飞凌采用的最新一代IGBT技术，即IGBT7。在芯片级，IGBT7采用微图案沟槽（MPT），其结构有助于显着降低正向电压并提高漂移区的电导率。对于电机驱动等中等开关频率的应用，与前几代产品相比，IGBT7 显着降低了损耗。

IGBT7 相对于上一代(IGBT4) 的另一项改进是续流二极管，它也针对驱动应用进行了优化。此外，发射极控制二极管EC7 的正向压降现在比EC4 二极管低100 毫伏，并且反向恢复软度得到改善。

伺服驱动用SiC MOSFET

随着自动化程度的提高，对伺服电机的需求也相应增加。它们将精确运动控制与高扭矩水平相结合的能力使它们非常适合自动化和机器人技术。

英飞凌利用其制造专业知识和长期经验开发了SiC 沟槽技术，其性能比IGBT 更高，但具有相当的鲁棒性，例如2s 甚至3s 的短路时间。英飞凌MOSFET 还解决了SiC 器件固有的一些潜在问题，例如不需要的电容导通。此外，sic MOSFET 采用行业标准TO247-3 封装，现在采用TO247-4 封装具有更好的开关性能。除了这些TO 封装外，SiC MOSFET 还提供Easy 1B 和Easy 2B 封装。

与相应的IGBT 替代品相比，1200 V Cooling System MOSFET 的开关损耗降低了80%，此外还有损耗与温度无关的优势。然而，与IGBT7 一样，开关动作(dv/dt) 也可以通过栅极电阻器进行控制，从而提供更大的设计灵活性。

图2:SiC MOSFET 简化了电机中逆变器的集成

因此，基于较低的恢复、导通、关断和导通状态损耗，使用Cool SiC 的Driver Solutions MOSFET 技术可实现高达50% 的损耗降低（假设dv/dt 相似）。酷SiC MOSFET 的传导损耗也低于IGBT，尤其是在轻负载条件下。

除了更高的整体效率和更低的损耗之外，SiC 技术实现的更高开关频率对于动态控制环境中的外部和集成伺服驱动器具有直接的好处。因为电机电流对变化的电机负载条件的响应更快。

虽然将整流器、斩波器和逆变器集成到单个模块中在功率密度和开关效率方面具有优势，但电机驱动器还需要闭环系统才能正确、高效地运行。

更具体地说，无论使用哪种开关技术，正确的栅极驱动器解决方案都是必须的。栅极驱动器需要将用于开关开关设备的低压控制信号转换为开关本身所需的高压驱动信号。通常，控制信号来自主机处理器。由于每种开关技术在输入电容和驱动电平方面都具有独特的特性，因此将其与适当的栅极驱动器相匹配至关重要。作为当今使用的所有电源技术的开发商和供应商，英飞凌为其Si-mosfet、Si-igbt、SiC-mosfet 和GaN-HEMT 提供优化的栅极驱动器。

控制环路的最后一个但同样重要的部分是传感器，它在电机和控制器之间提供部分反馈。电流传感器通常用于此目的。英飞凌开发了一种霍尔效应解决方案，无需铁磁聚光器，使其更简单、侵入性更小。这使其成为完全集成伺服电机的理想选择。

SensiF 系列电流传感器（例如TLI4971）是差分霍尔电流传感器，可提供高磁场范围和低偏移值。此外，它们没有磁滞现象，并具有良好的杂散场抗扰度。由于采用无核概念，它们体积小并支持高集成度，而超低功耗和功能隔离使它们非常灵活和可靠。

编辑：hfy