【经验】Renesas RBN75H65T1FPQ-A0 IGBT在直流无刷电机驱动中的应用

时间： 2019-08-24 来源：Renesas

随着电力电子技术和高性能永磁材料的发展，无刷直流电机的应用在航天，医疗，家电及自动化领域获得了迅猛的发展。无刷电机驱动电路是数字控制电路和无刷直流电机联系的纽带，它采用功率电子开关和霍尔位置传感器代替有刷电机中的电刷和换相器，接收来自数字电路的控制信号，将电流分配给无刷电机定子上的 U、V、W 三相绕组。相对于数字控制部分，驱动电路是电机控制系统中的薄弱环节。因此，电机功率驱动模块电路性能的好坏将直接关系到系统的整体性能和可靠性。

直流无刷电机控制系统

本文设计的直流无刷电机控制系统的框图如下所示，主要包括驱动模块，控制模块和电源模块三个部分。其中驱动模块又包括驱动电路，电流检测电路和温度检测电路。

图1 直流无刷直流电机控制框图

项目要求的无刷直流电机参数如下：

参数	数值
额定电压	312V
额定功率	10kW
额定转速	2500r/min

驱动电路设计

本设计采用的是星形绕组连接的无刷直流电机，即所有绕组的首端或者尾端接在一起。所以，与之配合的电子换相线路设计为桥式连接。另外，还需使用驱动芯片（项目里采用IR2136芯片）对6个IGBT进行驱动，这里不赘述。

图2 无刷直流电机驱动电路（IGBT桥电路部分）

根据无刷直流电机的参数可知直流母线电压为312V，效率取0.9，功率因数取0.85；根据额定功率计算公式：

可得电机的相电流为24A。由此电压和电流等级，确定采用IGBT模块作为逆变器的驱动功率器件。

为保证驱动系统的安全稳定，需要保证IGBT模块在电气和热量两个方面都在安全范围内，即满足最大限制条件，如下所示：

为优化系统性能，需要满足优良的设计条件为：

通过电气和热量两个方面的计算，选择650V/75A 高性能IGBT型号 RBN75H65T1FPQ-A0 作为电机驱动用开关功率管。如下表所示，该IGBT满足设计要求，同时留有裕量，保证设计电路的可靠工作。

	RBN75H65T1FPQ-A0参数	设计要求
集电极-发射极电压V_CES	650V	624V
集电极电流I_C(T_c=100°C)	75A	24A
结温Tj	175°C	125°C

此外，RBN75H65T1FPQ-A0作为瑞萨公司推出的一款高性能IGBT，不仅耐压性能好，导通压降低，开关损耗小，使用沟槽栅极和薄晶圆技术（G8H系列），可以在短时间内快速切换且短路承受时间高达10分钟，性能强大，非常适合在直流无刷电机驱动电路中的使用。

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