安森美半导体电机驱动方案满足家电应用的更高能效要求

关键词： 电机驱动 , 电冰箱 , 空调 , 洗衣机 , 烘干机

随着消费者的节能环保观念越来越强，对高能效家电产品的需求也越来越多。尤其在各国政府颁布新的白家电能效标准之后，家电行业的准入门槛大幅提高，提高家电产品能效的需求越来越迫切。如何设计高能效家电产品已经成为家电厂商亟需解决的问题。

家电中通常要使用多种不同的电机来控制不同功能。电机包括交流(AC)电机和直流(DC)电机。其中DC电机包括有刷直流电机和无刷直流(BLDC)电机。BLDC电机分旋转电机和步进电机，具有显著的节能、低噪声和优异变速性能等特性，广泛应用于电冰箱、空调及洗衣机等家电应用。

设计人员要设计高能效的家电产品，就需要在设计中选择高能效的电源转换及电机驱动/控制方案。安森美半导体积推动高能效创新，提供宽广阵容的产品及方案。本文将分析家电中的电机应用，并介绍安森美半导体应用于典型家电产品的电机驱动及控制方案。

家电应用要求及设计挑战

针对家电中的不同电机应用对电压及电流范围的不同要求，安森美半导体提供宽广阵容的高能效电机驱动/控制方案，支持最高电压达600 V，最大电流达50 A。这些电机驱动器包括4种，分别是12 V BLDC电机驱动器、24 V BLDC电机驱动器、3相 BLDC驱动器控制器(驱动电压达240 V)及600 V或更高电压BLDC电机驱动器。

除了要匹配不同的电压/电流要求，工程师在家电应用设计的另一共同挑战是能耗问题。例如，如果风扇驱动器的电路板内置，就会产生热量及并要求消耗额外的电能来把它冷却。因此，工程师可能会同时要求高能效及具强力冷却功能的电机。

2015-4-13 10:41:17 上传

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图1：用于家电的电机驱动器/控制器电压/电流范围概览。

此外，用户要求家电产品减小电机产生的恼人噪声，希望有舒适宁静的使用体验。因此，工程师要选择产生更低噪声的电机。有些家电如电冰箱，由于用户的居住空间有限，他们会青睐体积小巧的电冰箱。这趋势导致工程师采用更小的电机以优化占用空间。由于家电要求采用高压电源来驱动，耐用性、安全性及可靠性很重要。

用于典型家电应用的电机驱动器方案

1. 电冰箱
据统计，高档电冰箱中使用的电机最多，可能达5个或更多，典型应用包括阻尼器、风扇、制冰机、压缩机、气流调节及冷却流泵等。最基础功能的电冰箱也有压缩电机和冷却流泵。较高端的产品使用风扇及阻尼器，利用电机进行气流调节。制冰机可能使用2个电机，一个用于出冰，另一个用于清空制冰托盘。

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图2. 电冰箱中的电机应用

1) 压缩机驱动
所有的电冰箱都有压缩机。最新的压缩机使用工作电压为600 V的BLDC电机设计，要求电机驱动器具有高击穿电压、高能效及高可靠性。针对压缩机电机驱动应用，建议使用安森美半导体用于3相电机控制的智能功率模块(IPM)，如单分流电阻型的STK551U362A-E(10 A)、STK531U369A-E (10A) 和STK531U394A-E (15 A)，以及三分流电阻型的STK554U362A-E(10A) 和 STK534U342C-E(5A)。

这些IPM使用安森美半导体独特的绝缘金属基板技术(IMST®)，在铝板也就是在金属基板上搭建电子电路，使多种元件能够封装在同一个模块IC中，包括电阻和电容等分立无源元件、二极管和晶体管等分立有源元件，以及更复杂的IC或专用集成电路(ASIC)，如门极驱动器、数字信号处理器(DSP)、逻辑元件等。IMST也能使功率输出电路、控制电路及其外围电路贴装在相同基板上。这些IPM提供高能效、高可靠性及高安全性，跟采用分立元件实现的大电流设计相比，能帮助大幅减少元件数量，减小电路板占用空间，降低系统总成本，减少散热及提升可靠性。

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