強化功率元件戰力 MCU廠猛攻直流變頻馬達

作者: 蘇宇庭
2014 年 08 月 01 日

微控制器(MCU)廠商正積極補強功率半導體元件戰力,強攻直流變頻馬達市場。無論是直流無刷馬達(BLDC)或永磁同步馬達(PMSM),其與交流感應馬達最大的不同之處,就在於變頻電路的設計,因此MCU廠為了直攻變頻馬達市場,除了提升MCU的控制性能之外,亦戮力強化與MCU搭配的功率元件戰力。


德州儀器(TI)馬達事業部現場應用工程師劉俊男表示,歐盟在2015年時預計將7.5千瓦(kW)以上之馬達最低能效標準(MEPS)提升至IE3,到2017年時,才將IE3管制範圍向下探至0.75kW以上,從這可以觀察出,相較於7.5kW以上的大功率馬達,要提升小功率馬達的效率相對來說較為困難。


劉俊男進一步分析,在過去,由於小型電機系統,為了降低電子電路成本及設計複雜度,傾向於採用便宜、設計簡單的交流感應馬達,但效率往往不佳;為了因應高效率馬達發展趨勢,透過變頻器(Variable-frequency Drive, VFD)調節馬達頻率、速度、功率輸出的變頻馬達,將會加速侵蝕交流感應馬達在小功率馬達的市場,而MCU廠商為了搶攻此波商機,已紛紛厚實功率半導體元件產品陣容。


據了解,直流變頻馬達的變頻電路,其技術牽涉層面包括半導體切換元件、變頻器拓撲、控制及模擬技術、以及控制硬體及韌體等。劉俊男進一步指出,變頻電路指的係由功率元件組成的整合型功率模組(Integrated Power Module, IPM),其包含閘極驅動器(Gate Driver)、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)或絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)等。


以德州儀器為例,該公司即分別針對7.5kW以上及以下的變頻馬達應用推出「Driver」及「Pre-driver」功率元件組;另外,由於驅動電路的導通阻抗和開關損耗會直接影響馬達系統的能效,飛思卡爾則推出了H橋和雙H橋產品,以降低導通損耗。


此外,意法半導體則是同時提供以MCU為基礎的控制開發板,及功率級(Power Stage)電子電路開發板(Power Board),讓開發商自由搭配設計,以符合不同產品的應用需求。


至於盛群半導體則瞄準中國大陸市場,效仿聯發科技在中國大陸的成功模式,於1年多年開始針對馬達應用推出Turnkey解決方案,並拉攏台、陸系的功率半導體元件供應商,將其解決方案放置在公板平台上,發揮一加一大於二的產品戰力。

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