【導(dǎo)讀】在可以預(yù)見的未來，電能將會成為我們主要的消耗能源。大至高速列車，小至手機(jī)，都不能脫離電能而存在。無論什么類型的電能，大部分都難以直接使用，必須借助功率半導(dǎo)體進(jìn)行功率變換以驅(qū)動設(shè)備。近年來，全社會追求低能耗風(fēng)潮愈演愈烈，如變頻空調(diào)、變頻冰箱等產(chǎn)品層出不窮，其最終目的就在于最大限度減少電能損耗，實(shí)現(xiàn)變頻功能也需要功率器件發(fā)揮自身神奇作用。如何才能實(shí)現(xiàn)更高效的節(jié)能設(shè)計(jì)?功率器件是如何達(dá)成節(jié)能的?電子發(fā)燒

摘要：  在可以預(yù)見的未來，電能將會成為我們主要的消耗能源。大至高速列車，小至手機(jī)，都不能脫離電能而存在。無論什么類型的電能，大部分都難以直接使用，必須借助功率半導(dǎo)體進(jìn)行功率變換以驅(qū)動設(shè)備。近年來，全社會追求低能耗風(fēng)潮愈演愈烈，如變頻空調(diào)、變頻冰箱等產(chǎn)品層出不窮，其最終目的就在于最大限度減少電能損耗，實(shí)現(xiàn)變頻功能也需要功率器件發(fā)揮自身神奇作用。如何才能實(shí)現(xiàn)更高效的節(jié)能設(shè)計(jì)?功率器件是如何達(dá)成節(jié)能的?電子發(fā)燒友網(wǎng)編輯帶著種種疑問，專訪了知名電源廠商IR公司亞太區(qū)銷售副總裁潘大偉先生。

關(guān)鍵字：  電機(jī)節(jié)能設(shè)計(jì)，識字控制IC，三相電機(jī)控制電源IC

亟待解決電機(jī)節(jié)能設(shè)計(jì)問題

隨著社會的發(fā)展不斷向前推進(jìn)，人們的生活水平也得到了提高，冰箱、空調(diào)以及其他的自動化產(chǎn)品開始進(jìn)入千家萬戶。這些產(chǎn)品一年消耗的電量是一個(gè)龐大的數(shù)字，一直讓這些設(shè)備滿載運(yùn)行不符合當(dāng)今節(jié)能減排的要求。因此變頻電機(jī)就因時(shí)而起，迅速走進(jìn)了大眾的眼球。我們知道，電子單元的設(shè)計(jì)很復(fù)雜，并且涉及到了數(shù)字、模擬和功率計(jì)三個(gè)方面。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)者還必須要以較低的成本去滿足大批量推廣高性能產(chǎn)品，這就對設(shè)計(jì)平臺有較高的要求。IR相關(guān)節(jié)能方案是如何助力高效節(jié)能設(shè)計(jì)的?

潘大偉表示，IR提供iMOTION™集成式設(shè)計(jì)平臺，整個(gè)平臺整合了所需要的數(shù)字、模擬和功率芯片，并且還有控制算法、開發(fā)軟件和設(shè)計(jì)工具，可以幫助工程師完成包括識字控制IC和µIPM™電源模塊的電機(jī)控制設(shè)計(jì)，從而能夠構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)。潘總強(qiáng)調(diào)，這個(gè)平臺不但簡化了工業(yè)應(yīng)用以及采用變速電機(jī)家用電器的開發(fā)，而且可以將產(chǎn)品能耗降低60%。

談到具體的設(shè)計(jì)應(yīng)用，潘大偉還給我們舉了個(gè)實(shí)例：IR的高集成度小型µIPM™電源模塊系列(專利申請)面向高效電器和輕工業(yè)應(yīng)用。利用這個(gè)模塊可以實(shí)現(xiàn)冰箱的壓縮機(jī)驅(qū)動器、用于供暖和水循環(huán)的水泵、空調(diào)扇、洗碗機(jī)和自動化系統(tǒng)。由于整個(gè)產(chǎn)品采用了一個(gè)創(chuàng)新型的封裝，µIPM系列就能夠提供新的器件尺寸基準(zhǔn)，進(jìn)而將占位面積在現(xiàn)有三相電機(jī)控制電源IC的基礎(chǔ)上縮小了60%之多。此外，還在線提供應(yīng)用實(shí)例和面向各種功率高達(dá)1800W的電機(jī)控制應(yīng)用的參考設(shè)計(jì)。

IGBT等功率器件——善用節(jié)能利器

由于具有開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小等優(yōu)勢，IGBT問世以來就受到廣大用戶的歡迎。尤其是在電機(jī)驅(qū)動器之類的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，IGBT成為了首選的功率半導(dǎo)體器件。

潘大偉特別強(qiáng)調(diào)，功率損耗的降低和電流密度的提高是IGBT的優(yōu)勢，同時(shí)也成了高級IGBT開發(fā)的主要目標(biāo)。通過采用這樣的功率器件，不但可以提高系統(tǒng)效率，提升功率處理能力，還可以獲取成本優(yōu)勢。 例如減少余熱排出系統(tǒng)(散熱器)的數(shù)量。

對于IGBT技術(shù)的進(jìn)展，潘大偉還給我們介紹了IR的一個(gè)平臺，那就是IR最新的Gen8 IGBT平臺，這個(gè)平臺提供了面向工業(yè)應(yīng)用的出色技術(shù)。該IGBT平臺還具有同類產(chǎn)品中最佳的Vce(on)、穩(wěn)定性和開關(guān)特性，專門用于解決工業(yè)市場的嚴(yán)苛挑戰(zhàn)。第八代(Gen8)1200V IGBT平臺采用IR最新一代溝道柵場截止技術(shù)，為工業(yè)和節(jié)能應(yīng)用提供了同類中最佳的性能。

潘大偉還提到，Gen8 IGBT實(shí)現(xiàn)了出色的穩(wěn)定性。新技術(shù)具有更軟的關(guān)斷特性，是電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用的理想之選，能夠?qū)v/dt降至最低水平，從而降低了EMI和過電壓，提高了可靠性和穩(wěn)定性。參數(shù)分布范圍窄，從而能夠在大電流電源模塊內(nèi)并聯(lián)多個(gè)IGBT時(shí)實(shí)現(xiàn)出色的電流共享。薄晶圓技術(shù)改善了熱阻，提供了高達(dá)175°C的最高結(jié)溫。

新型功率器件為節(jié)能設(shè)計(jì)保駕護(hù)航

最后，潘大偉介紹了IR采用IR最新功率MOSFET芯片300V器件系列，該系列產(chǎn)品為各種高效工業(yè)應(yīng)用提供了基準(zhǔn)通態(tài)電阻(Rds(on))。例如110-120 VAC線路調(diào)節(jié)器和110-120 VAC電源與DC-AC逆變器，包括太陽能逆變器和不間斷電源(UPS)。

新功率MOSFET系列具有超低Rds(on)，提高了系統(tǒng)效率，讓設(shè)計(jì)者能夠在并聯(lián)多個(gè)MOSFET的情況下減少元件數(shù)量。IR的300V MOSFET系列具有基準(zhǔn)Rds(on)，能夠提供更高的效率、電源密度和可靠性，適于需要更高系統(tǒng)效率的工業(yè)應(yīng)用。新器件通過了工業(yè)級和一級濕度靈敏性(MSL1)認(rèn)證，不含鉛，符合RoHS指令的要求。

半導(dǎo)體材料和技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了功率器件的發(fā)展進(jìn)步，兩者的配合應(yīng)用提高了電能的使用率，能夠逐漸滿足當(dāng)前要求的能源標(biāo)準(zhǔn)。希望借助IR公司提供的各種節(jié)能方案，開發(fā)出更多更好的產(chǎn)品，滿足社會日益增長的節(jié)能新需求。