引言

作爲全球能源消耗的重點産品,各類電(diàn)機消耗了全球一(yī)半以上的電(diàn)力資(zī)源,足見電(diàn)機應用在整個社會運轉中(zhōng)的重要作用,特别是在各種數字化産業升級趨勢的引領下(xià),功能越來越強大(dà)的電(diàn)機系統在工(gōng)業應用中(zhōng)發揮着越來越重要的作用。因此,如何實現更高效更節能的電(diàn)機系統對整個工(gōng)業系統的運行效率和成本效益起着決定性的作用,對整個世界的節能環保同樣意義非凡。

正文

工(gōng)業電(diàn)機是電(diàn)機應用的關鍵領域,沒有高效的電(diàn)機系統就無法搭建先進的自動化生(shēng)産線,由于應用條件比較苛刻和對性能要求比較嚴格,設計複雜(zá)的工(gōng)業電(diàn)機系統涉及衆多元器件産品,不同産品在整個系統中(zhōng)各司其職,共同打造出高效可靠的完整電(diàn)機解決方案。對典型的工(gōng)業電(diàn)機系統來說,除了标準的電(diàn)機控制單元之外(wài),功率器件決定着系統的能效,控制電(diàn)源能夠确保系統的可靠性,傳感器則能大(dà)幅提升系統的自動化和智能化,出色的電(diàn)機系統同樣離(lí)不開(kāi)這些器件的協同工(gōng)作。

爲了滿足用戶的全新需求,羅姆不僅提供各種先進的電(diàn)機系統用先進器件如功率器件、傳感器接口和穩壓器等,還打造了諸多系統級解決方案,助力客戶打造先進的工(gōng)業電(diàn)機系統。

1. 高效功率器件助力高效率電(diàn)機系統

輸出功率是電(diàn)機系統重要的指标之一(yī),輸入輸出功率比則是代表了電(diàn)機的工(gōng)作效率,如何充分(fēn)的提升工(gōng)業電(diàn)機系統的能源轉換效率需要充分(fēn)的提升電(diàn)機的輸出功率,采用先進的功率器件能夠直觀的提升系統的效率。羅姆的功率元器件産品以各種形式呈現優良特性,并通過能夠發揮特性的解決方案設計,滿足客戶的需求。對于不同的設計特點,羅姆能夠提供從半導體(tǐ)晶圓到芯片,從分(fēn)立器件到功率模塊等多樣化産品,從而充分(fēn)的滿足客戶設計要求。

作爲第三代半導體(tǐ)代表性技術,SiC材料的功率器件具有高耐壓大(dà)功率等特點,非常适合追求更高的頻(pín)率和更高效率的系統,羅姆作爲研究SiC材料早的廠商(shāng)之一(yī),可以提供内置優良的高電(diàn)壓、大(dà)電(diàn)流功率元器件的高性能模塊,并且還能提供以芯片、功率封裝、表面貼裝封裝等多種規格的高性能SiC MOSFET和SiC SBD(肖特基勢壘二極管)等産品,即使不斷提高頻(pín)率也能維持整個系統的高效率,從而加快了客戶面向工(gōng)業設備電(diàn)機的創新。

除了新材料的SiC MOSFET和 SBD之外(wài),羅姆專爲電(diàn)機及逆變器的節能化開(kāi)發的PrestoMOS™系列對内置600V超級結MOSFET的二極管進行了優化,其恢複時間(trr)相比于傳統産品減少了80%,同時可以有效降低開(kāi)關損耗、提升電(diàn)機系統的再生(shēng)性能,降低電(diàn)機系統的EMI噪聲,抑制制動時的逆起電(diàn)壓。

另一(yī)方面,羅姆的650V耐壓快恢複二極管,可以安全抑制制動時的逆起電(diàn)壓,并通過反複改進軟恢複特性,提供了恢複時間與正向電(diàn)壓折中(zhōng)的特性,易于實現電(diàn)機系統的低EMC噪聲。特别的,羅姆根據實際不同的需要,提供了突出軟恢複并實現包括振鈴在内的低噪聲化的“低正向電(diàn)壓/超低噪聲系列”和通過實現高速恢複降低了恢複能量的“高恢複時間/超低噪聲”系列,滿足客戶的不同系統設計需求。

此外(wài),羅姆還提供栅極驅動器和内置絕緣元件的栅極驅動器系列産品。通過以多通道栅極驅動器緊湊的構成逆變器驅動電(diàn)路,可以安全的構建半橋應用,從而防止高邊和低邊同時開(kāi)路,通過提供1200V高邊浮動耐壓,助力客戶開(kāi)發安全性和功能性兼顧的電(diàn)機系統。特别的,羅姆提供内置自舉二極管的BS2132F産品,在以6通道高邊和低邊構建緊湊的系統的同時,可以根據系統設定過電(diàn)流檢測值,從而提高系統安全性。内置絕緣元件的栅極驅動器産品方面,羅姆可以提供3,750V絕緣耐壓的驅動器,并以超薄封裝實現系統的小(xiǎo)型化。而具有2,500V絕緣耐壓以及多種安全性能的産品系列,可以通過監視栅極狀态檢測功率器件的驅動異常,并通過溫度關斷預防熱失控,還能通過軟關斷安全的控制功率元器件,從而大(dà)幅提升電(diàn)機系統的可靠性。

2. 決定電(diàn)機系統穩定的穩壓器

穩定是工(gōng)業電(diàn)機系統重要的安全性能指标之一(yī),穩定的電(diàn)機控制系統首先需要正确且穩定的控制電(diàn)源,羅姆作爲能夠提供功率元器件和電(diàn)源控制技術的綜合電(diàn)源系統解決方案供應商(shāng),除了提供轉換器、變頻(pín)器、控制電(diàn)路的一(yī)級側電(diàn)源和二級側非絕緣電(diàn)源用DC/DC轉換器以及輸入+24V絕緣電(diàn)源之外(wài),還提供了包括參考設計、定制電(diàn)路支持、變壓器設計支持、從AC/DC到DC/DC的一(yī)條路設計支持以及相關電(diàn)氣特性的測試支持等服務。

羅姆提供的AC400V~AC690V控制電(diàn)源用高耐壓一(yī)次電(diàn)源解決方案提供外(wài)置SiC MOSFET和内置SiC MOSFET兩種形态,還備有易于進行動作評估的評估套件、應用說明,可以助力客戶的整機設計并擴大(dà)了适用範圍。該方案充分(fēn)發揮了專爲工(gōng)業設備輔助設備電(diàn)源開(kāi)發的1700V耐壓SiC MOSFET的高速性和低RDS(on) 的一(yī)次電(diàn)源電(diàn)路與SiC專用高壓輸入AC/DC控制器組合,爲客戶提供了綜合解決方案的參考設計。在AC100V~AC240V的控制電(diàn)源用中(zhōng)耐壓一(yī)次電(diàn)源IC方面,羅姆提供了内置650V/800V MOSFET 的AC/DC轉換器的參考方案,具有輸入AC電(diàn)壓監測、高精度2次側過壓保護、電(diàn)流檢測電(diàn)阻的開(kāi)路和短路保護以及動态過電(diàn)流限制等功能,并提供10年供應保障的低EMI LB級别的驅動電(diàn)路。此外(wài),羅姆還提供了可廣泛應用于商(shāng)用電(diàn)源(AC90V~AC264V)及DC24V~28V電(diàn)源用圖的絕緣用控制IC系列,通過選擇直流外(wài)置低耐壓的MOSFET或交流外(wài)置650V/800V MOSFET,構成适用于輸入電(diàn)壓的絕緣型開(kāi)關電(diàn)源電(diàn)路。

在穩壓應用方面,羅姆還提供二次電(diàn)源用恒壓穩壓器和浪湧吸收用二極管,以及高效率小(xiǎo)型化的二次電(diàn)源用DC/DC轉換器,供客戶在設計完整電(diàn)機系統時選擇采用。

3. 傳感——[敏感詞]運動控制的得力助手

電(diàn)機系統主要的工(gōng)作任務之一(yī)就是運動控制,而運動控制需要正确傳遞動作的傳感器,對電(diàn)機系統來說,将傳感器的模拟信息轉換爲數字的AD轉換器非常重要。羅姆在這方面同樣提供了先進且品類豐富的元器件,比如準确安全的檢測電(diàn)流所需要的電(diàn)流檢測用分(fēn)流電(diàn)阻器、旗下(xià)Kionix檢測振動并通知(zhī)設備異常的三軸加速度傳感器,以及AD轉換器等模拟接口豐富的旗下(xià)LAPIS工(gōng)業用微控制器ML62Q1000系列等,滿足客戶對各種工(gōng)業電(diàn)機的設計需求。

羅姆的GMR系列大(dà)功率低電(diàn)阻分(fēn)流電(diàn)阻器具有在大(dà)功率區域損耗少并能以高精度進行電(diàn)流檢測的優勢,通過優化了電(diàn)極結構和電(diàn)阻體(tǐ)元件的設計,大(dà)幅降低了發熱,結合在較低電(diàn)阻領域也能達到優良的電(diàn)阻溫度系數和可實現較高的額定功率保證等優點,大(dà)幅提升了系統的安全性、穩定性和可靠性。适用于中(zhōng)功率電(diàn)機的電(diàn)流傳感器用途的分(fēn)流電(diàn)阻器LTR低阻值系列,通過采用長邊電(diàn)極結構來縮短端子間的距離(lí),減輕對焊接結合部的機械應力,從而更适應溫度變化并大(dà)幅提升連接的可靠性。

工(gōng)業電(diàn)機系統的設備數據獲取是傳感器的重要應用,獲取這些數據有助于對電(diàn)機系統的運轉情況和健康情況進行更好的監測。在工(gōng)業設備的健康監測用途方面,羅姆旗下(xià)Kionix的三軸加速度傳感器KX134-1211和KX132-1211的工(gōng)作溫度提升到105度,廣泛适用于各種頻(pín)率和加速度監測,特别符合工(gōng)業設備的電(diàn)機振動分(fēn)析等機器健康監測的需求。羅姆的溫度傳感器IC則在單芯片中(zhōng)内置了溫度監測元件、恒流電(diàn)流、高精度基準電(diàn)源電(diàn)壓,可用于需要溫度檢測的各種電(diàn)子設備。

4. 發揮器件優勢,構建系統級方案

借助自身元器件在高效和高可靠性的優勢,羅姆将功率器件、穩壓器和傳感控制三大(dà)應用方面适合的産品組成解決方案,希望能夠幫助客戶借助羅姆的技術更快速高效地開(kāi)發先進的電(diàn)機系統,從而更好的服務于不斷變革的工(gōng)業自動化産業。

4.1 三相AC400V輸入工(gōng)業用逆變器驅動器方案

在率先推出的三大(dà)系統級解決方案中(zhōng),三相AC400V輸入工(gōng)業用逆變器驅動器方案可以說是對功率元器件嚴峻的考驗。該方案集合了羅姆衆多SiC元器件和功率模塊,作爲SiC元器件的先驅,羅姆不僅開(kāi)發了多種先進的SiC器件,還在開(kāi)發IGBT元器件,并提供驅動元器件的栅極驅動器、用于控制電(diàn)源的内置SiC的AC/DC轉換器等,配合傳感器接口和穩壓器等産品,便于客戶快速打造适合需求的高可靠性高效率解決方案。

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三相AC400V輸入工(gōng)業用變頻(pín)電(diàn)機系統方框圖

4.2 三相AC100~240V輸入工(gōng)業用AC伺服系統

相比而言,中(zhōng)壓應用方面的三相AC100~240V輸入工(gōng)業用AC伺服系統則是展現了羅姆以栅極驅動器、功率元器件一(yī)體(tǐ)型的IPM爲中(zhōng)心的綜合元器件開(kāi)發能力,該方案整合了600V IGBT-IPM和制動器用的IGBT、快速恢複二極管以及内置3750V耐壓絕緣元件的栅極驅動器等。對于AC伺服系統,傳感器的重要性不亞于功率器件,羅姆在該方案中(zhōng)提供了助力控制系統的豐富傳感器和微控制器産品,包括工(gōng)業設備專用的旗下(xià)Kionix的3軸加速度傳感器和旗下(xià)LAPIS的強化微控制器等,從而爲客戶提供完整而又(yòu)便于快速成型的系統級解決方案。

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三相AC100~240V輸入工(gōng)業用AC伺服系統方框圖

4.3 AC100~240V、DC24V~48V非絕緣電(diàn)機驅動系統方案

對自動門、屏蔽門等嵌入式工(gōng)業設備,以及對電(diàn)池驅動的AGV、電(diàn)動輪椅和福利設施等非絕緣電(diàn)機應用,羅姆也可以根據用途以系統的形式提供各種産品和完整解決方案,爲設備啓動提供快速支持。在羅姆的AC100~240C和DC24V~48V非絕緣電(diàn)機驅動系統解決方案中(zhōng),羅姆提供了600V IGBT-IPM、IGBT/MOSFET高低邊3相橋驅動器和工(gōng)業用16位微控制器等産品,便于客戶更好的搭配适合自己的設計需求。

特别是,随着AI技術的廣泛應用,羅姆還推出了爲AI智能控制的AGV、用于醫療及護理現場的移動方式和近距離(lí)通勤車(chē)的小(xiǎo)型移動工(gōng)具開(kāi)發的,以充電(diàn)電(diàn)池爲動力源的低電(diàn)壓、非絕緣電(diàn)機驅動參考設計(根據用途不同提供~50W,~150W和~300W三種),并提供了綜合設計支持,對于從啓動時就需要低速、高扭矩的應用,利用羅姆的預驅動器、栅極驅動器和MOSFET等器件,實現了小(xiǎo)型高效率的參考設計方案。

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單相AC100V~AC240V非絕緣電(diàn)機驅動系統方框圖

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DC24V~DC48V工(gōng)業電(diàn)機驅動系統方框圖

5. 展望

“萬丈高樓平地起,一(yī)磚一(yī)瓦皆根基”,于工(gōng)業電(diàn)機設計而言亦是如此,工(gōng)業領域的快速發展與電(diàn)機産品的技術進步是相輔相成的。随着現代工(gōng)業生(shēng)産的信息化和自動化程度不斷加深,集成電(diàn)機、診斷、保護、控制、通信等功能的完備的智能電(diàn)機系統需求也将越來越大(dà),要求越來越嚴,而羅姆将持續着力于工(gōng)業電(diàn)機内部的各類先進器件,用更多創新的産品與解決方案,助力客戶打造順應時代需求的現代工(gōng)業電(diàn)機系統。