電機逆變器的使用在工業自動化機器人、電動汽車、太陽能、白色家電和電動工具等應用中持續增長。伴隨著這種增長是對提高效率、降低成本、縮小封裝和簡化整體設計的需求。雖然使用分立式絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT) 設計定制電機和逆變器功率電子器件以滿足特定要求很有誘惑力,但從長遠來看,這樣做的成本很高,而且會延誤設計進度。

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相反,設計人員可以使用現成的 IGBT 模塊,將多個功率器件組合到一個封裝中。此類模塊支持設計人員以最少的互連來開發緊湊的系統,從而簡化組裝,縮短上市所需時間,降低成本,并提高整體性能。配套使用合適的 IGBT 驅動器,使用 IGBT 模塊就可以開發出高效、低成本的電機驅動裝置和逆變器。

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本文先簡要介紹電機和逆變器以及相關驅動電路和性能要求,然后回顧使用 IGBT 模塊的優點和各種模塊封裝標準,最后介紹基于 NXP Semiconductors、Infineon Technologies、Texas Instruments、STMicroelectronics 和 ON Semiconductor 等廠商的 IGBT 模塊和驅動器 IC 的電機驅動和逆變器設計方案,以及如何應用這些方案,包括評估板的使用。

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電機類型和效率標準
IEC/EN 60034-30 將電機效率分為 IE1 至 IE5 五個等級。美國電氣制造商協會 (NEMA) 從“標準效率”到“超高效率”都有相應的評級標準(圖 1)。為了達到更高的效率標準,使用電子驅動是必要的。采用電子驅動的交流感應電機可以滿足 IE3 和 IE4 的要求。為了達到 IE5 的效率水平,需要組合使用成本較高的永磁電機和電子驅動