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(多图) 用于功率因数校正的智能功率模块

2006年10月19日 ?? 收藏0

  ????????????????????????????????????????????????????????????? Vajapeyam Sukumar? Fairchild 应用工程师

  持续飙升的电价使人们对变频驱动(VFD)的节能电动机重新刮目相看。许多种电机,例如无刷直流电机、开关磁阻电机甚至感应电机都可以采用变频驱动来使输入的交流电压同步。这种对于节

能电机的兴趣进而增加了人们对于 Fairchild 的智能功率模块(SPMTM)的关注。这些模块将功率开关管、驱动线路和防护装置集成在一个低价、紧凑并且独立的模块中,直接连接到一侧的微控制器或者 DSP 以及另一侧的电机上。

  ?电机驱动与电源不同,许多标准,例如欧洲的 IEC 1000-3-2,都要求电源带有功率因数校正电路,而各国政府对于电机驱动是否带有 PFC 基本上没有任何硬性的规定。然而,现在随着人们的环保观念越来越强,这种情况正在慢慢地发生变化。目前,将功率因数校正用于电动机驱动电路的根本原因就是为了简化设计以及市场营销。从 120Vac 的墙面插座中可以获得的最大电流是限制电动机大小的关键所在。一般说来,在北美墙面插座的额定电流为15A。然而,安全机构却规定从插座中获得的最大电流不得超过12A。将 PFC 电路用于电动机驱动电路的主要原因就是为了能够使用现有的 120Vac 的墙面插座来带动一台较大的电动机。

  将PFC 电路用于电动机控制的另一个原因就是电动机的固有通用额定电压以及输出电压波动的减少可以极大地简化电动机的设计的事实。经过 PFC 电路之后电动机的输入电压就会变高,从而降低电流,进而减少损耗。

  目前有两种常用的电动机驱动 PFC 电路——部分 PFC 电路和常规 PFC 电路。部分PFC 是一种通过每半圈开关一次电源装置来改变输入电流的波形的方法。因此,尽管部分PFC 非常高效,但是不能产生非常高的功率因数。而常规 PFC 可以将 PFC 从非 PFC 设计的大约 70% 提高到 99%。两种形式的功率因数校正都被广泛地应用在电动机控制上,特别是在电动机驱动模块和 PFC 模块被置于同一个组件当中的情况下,可以产生紧凑的设计效果。例如,图1中所示的迷你 SPM 组件可以容纳额定电压为 600V 以及多种额定电流(从 3A 到 50A)的电动机驱动模块,具体情况取决于这些模块中所含的硅晶体的类型和大小,以及绝缘材料及其性能。将所有 PFC 电路放在同一个模块中,我们可以获得一个 40kHz 的开关,600V 的常规 PFC 电路,范围在 2kW 到 6kW 之间。

迷你 DIP 组件的外壳为 44mm × 26.8mm ,可以提供 2500Vac 的绝缘

图1a:迷你 DIP 组件的外壳为 44mm × 26.8mm ,可以提供 2500Vac 的绝缘(持续1分钟)。

  Fairchild 的这种 Motion-SPM 的电流范围从 3A 到 50A,包含六个 IGBT(或者 MOSFET),反并联二极管和适用于所有功率开关管的驱动IC。

如上图1b所示将 PFC 模块和 Motion-SPM变频器置于同一个组件中可以获得一个简洁优美的外观设计效果

如上图1b所示将 PFC 模块和 Motion-SPM变频器置于同一个组件中可以获得一个简洁优美的外观设计效果。

????? 部分转换功率因数校正模块

??? 如上所述,由于该模块中的 IGBT 以电网频率开关,而且要有极低的导通电压,所以较慢的 IGBT适合这类模块的需要。用于模块中的整流器也做了优化设计,以获得最低的正向压降,而不是针对恢复时间。部分 PFC 方案可以将功率因数提高到百分之九十到九十几的范围。需要使用输出电容器来处理较大的脉动电流,并且无源元件,特别是磁性元件的尺寸较大。因此,这种方法只适用于低于 3kW 的系统。通常用于窗式空调。

部分转换 PFC 电路的特有的电压和电流波形

图2a:部分转换 PFC 电路的特有的电压和电流波形

使用 Fairchild 的 FSAB20PH60 模块的特有的图形

图2b:使用 Fai

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半导体? 电源管理? 调整器? 功率管理?

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