傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

　　現(xiàn)在已有的設(shè)計(jì)方式是測(cè)定壓縮機(jī)系統(tǒng)，可以在最差的運(yùn)行條件下，提供所要求的最大制冷性能，如在夏季或考慮開冰箱門的情況。盡管很少會(huì)發(fā)生這種最大的極限需求，但是只要它一激活，具有簡(jiǎn)單開/關(guān)控制的系統(tǒng)就會(huì)吸收額定功率。因此，系統(tǒng)消耗能源僅僅是用于保持在大多數(shù)運(yùn)行條件下所需的溫度。

　　采用具有簡(jiǎn)易開關(guān)控制的定速壓縮機(jī)也會(huì)導(dǎo)致相對(duì)不穩(wěn)定的箱內(nèi)溫度。這是由于當(dāng)啟動(dòng)過(guò)大尺寸的壓縮機(jī)時(shí)，溫度會(huì)迅速地降低到所需要的溫度點(diǎn)以下，并且在再次開始快速制冷前，上升到設(shè)計(jì)的溫度點(diǎn)之上。在關(guān)閉狀態(tài)和全速運(yùn)行之間這種突然的快速轉(zhuǎn)換也會(huì)帶來(lái)設(shè)備噪聲的明顯變化，從而產(chǎn)生不佳的用戶體驗(yàn)。

　　節(jié)能等問(wèn)題

　　采用逆變驅(qū)動(dòng)器的電子壓縮機(jī)速度控制，根據(jù)電器的應(yīng)用模式，通過(guò)使壓縮機(jī)的速度可調(diào)，可以顯著降低總能耗。例如，在快速制冷時(shí)，電機(jī)可以在比較短的周期進(jìn)行全速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)快速制冷，然后，它就會(huì)以非常低的速度運(yùn)行，從而在設(shè)置的溫度點(diǎn)下，保持冰箱處于穩(wěn)定狀態(tài)。這種方法也允許設(shè)計(jì)者指定一個(gè)最大性能相對(duì)較低的壓縮機(jī)，從而節(jié)約了成本、尺寸和功率。利用一種更先進(jìn)的變速運(yùn)行選擇，電器設(shè)計(jì)者就能夠創(chuàng)建出新產(chǎn)品，通過(guò)在開關(guān)模式之間更輕柔的轉(zhuǎn)換，消耗更少的能量，產(chǎn)生更少的噪聲，并通過(guò)降低在設(shè)置點(diǎn)上下的波動(dòng)，保持更穩(wěn)定的溫度。

　　控制和電源設(shè)計(jì)方面的挑戰(zhàn)

　　為了調(diào)節(jié)電機(jī)速度，以響應(yīng)感應(yīng)到的溫度和其它相關(guān)數(shù)據(jù)，如門開/關(guān)檢測(cè)，可以在逆變器上采用一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來(lái)計(jì)算適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)以生成電機(jī)控制波形。磁場(chǎng)定向控制(FOC)是無(wú)刷電機(jī)首選的控制技術(shù)，而且一般認(rèn)為它可以提供流暢的轉(zhuǎn)矩控制，具有低噪聲，速度范圍寬和最小電機(jī)損耗等特點(diǎn)。

　　在軟件中，采用一個(gè)通用的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或一個(gè)數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)來(lái)執(zhí)行FOC算法。一個(gè)備用算法是采用集成控制器，在定制化的軟件中，執(zhí)行多數(shù)的電機(jī)控制功能。這種方法的優(yōu)勢(shì)包括減少了元件數(shù)量、實(shí)現(xiàn)了更快的算法執(zhí)行并簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，而無(wú)需控制軟件編碼。

　　國(guó)際整流器公司(IR)的iMOTION數(shù)字控制IC采用IR的電機(jī)控制引擎(Motor Control Engine)，這是一款硬件IP，能夠在11µs的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行無(wú)傳感器FOC算法。設(shè)計(jì)者可以利用iMOTION工具和MCE庫(kù)來(lái)定制電機(jī)控制算法。控制器還集成了重要的系統(tǒng)功能，如面向客戶應(yīng)用、基于8051的微控制器，一個(gè)嵌入式模擬信號(hào)引擎(Analog Signal Engine)，采用信號(hào)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電流進(jìn)行單電阻電流檢測(cè)的無(wú)傳感器控制。

　　為了驅(qū)動(dòng)電機(jī)，設(shè)計(jì)者還必須應(yīng)對(duì)另外一項(xiàng)挑戰(zhàn)，即采用包括高壓柵極驅(qū)動(dòng)器的逆變級(jí)、六個(gè)功率器件的3相橋、適用于無(wú)傳感器控制的電流檢測(cè)、以及保護(hù)和故障報(bào)告電路。采用分立元件執(zhí)行這些功能需要特定的設(shè)計(jì)技術(shù)，并且會(huì)導(dǎo)致更長(zhǎng)的開發(fā)時(shí)間和更高的成本。其它的挑戰(zhàn)還包括管理EMI，以及滿足那些空間占主導(dǎo)地位的小空間應(yīng)用的需求。

　　智能型功率模塊(IPM)應(yīng)運(yùn)而生，幫助工程師解決執(zhí)行與逆變器相關(guān)的挑戰(zhàn)。這些器件集成了驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)所需的所有高端和低端電路。大量的IPM適用于30W至200W功率級(jí)的應(yīng)用。

　　為了給模塊中敏感電子電路和高壓開關(guān)器件提供足夠的分離空間，第一代IPM趨向于大的模塊，采用傳統(tǒng)的引線封裝技術(shù)，如DIP或SIP封裝。除了它們大的物理尺寸外，相對(duì)低的熱性能通常需要一個(gè)外加散熱器。這些因素會(huì)為空間受限系統(tǒng)中的電機(jī)控制器集成設(shè)置障礙。而且，增加散熱器會(huì)提高對(duì)振動(dòng)和其機(jī)械壓力的敏感性。

　　模塊尺寸和熱性能

　　為了克服這些問(wèn)題，較新的IPM目前正在采用高級(jí)功率封裝，如PQFN的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)更小的尺寸并提高熱效率。IR的µIPMTM系列，采用12 x 12 x 0.9 mm PQFN封裝，與現(xiàn)有的3相IPM相比，占位面積縮小了60%以上。同時(shí)，模塊還提供了高絕緣安全性，滿足UL標(biāo)準(zhǔn)中2.3mm的爬距要求，并且提供了1500Vrms的最小絕緣電壓。除了封裝尺寸外，所有變量還共享一個(gè)通用的引腳輸出，展示出一個(gè)可升級(jí)的電源系列，額定的DC電流范圍是2A至4A，電壓范圍為250V至500V。