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TECHNIK LEISTUNGSELEKTRONIK
Bild 1. Blockschaltbild
eines MiniDIP-Moduls.
Bild 2. Ein einziges Modul
ersetzt diese zehn Bauteile.
Smart-Power-Module
Leistungsstufen mit integrierten
Treibern für Motorsteuerungen
In Zusammenarbeit mit Ralf Keggenhoff (Fairchild Semiconductor)
Der Energieverbrauch von Haushaltsgeräten und industriellen Anwendungen wird zu einem
Großteil von (Asynchron-)Motoren bestimmt. Motorsteuerungen sollen einen geringen
Störpegel und vor allem einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, um Energie zu sparen. Smart
Power Module helfen Entwicklern, diese Forderungen schnell und effi zient zu erfüllen. Diese
Module enthalten nicht nur die benötigten Halbbrücken, sondern auch die Treiberstufen, so
dass sie sich direkt durch Mikrocontroller mit 5 V ansteuern lassen.
(22) V B(W )
(21) V CC(WH)
(20) IN (W H)
(23) V S(W )
(18) V B(V)
(17) V CC(VH)
(16) COM (H)
(15) IN (VH)
(19) V S(V)
(13) V B(U)
(12) V CC(UH)
(11) IN (UH)
(14) V S(U)
(10) R SC
(9) C SC
(8) C FOD
(7) V FO
(6) COM (L)
(5) IN (W L)
(4) IN (VL)
(3) IN (UL)
(2) COM (L)
(1) V CC(L)
VB
VCC
COM
IN
VB
VCC
COM
IN
VB
VCC
COM
IN
C(SC) OUT(WL)
C(FOD)
VFO
IN(W L)
OUT(VL)
IN(VL)
IN(UL)
OUT
VS
OUT
VS
OUT
VS
COM(L)
OUT(UL)
VCC
THERMISTOR
070016 - 11
(32) P
(31) W
(30) V
(29) U
(28) N W
(27) N V
(26) NU
(25) R TH
(24) V TH
Hauptanwendungsbereiche von Motorsteuerungen in der
Industrie sind Lüfter, Pumpen, Kräne, Förderbänder und
die Automation. Im Haushalt sind es zum Beispiel Klimaanlagen,
Kühlschränke, Spülmaschinen und Dunstabzugshauben,
die Motoren beinhalten. In all diesen Anwendungen
werden Anforderungen an die Effi zienz (Wirkungsgrad),
die Netzstromrückwirkungen (sinusförmiger
Eingangsstrom), die elektromagnetische Verträglichkeit
und an die Baugröße immer wichtiger. Auch die Zuverlässigkeit
ist ein wesentliches Kriterium.
Anforderungen
Für die Leistungsmodule ergeben sich viele Anforderungen:
Geringe Abmessungen, einfache Handhabung in
der Fertigung, hohe Zuverlässigkeit, geringe Verluste, gute
Wärmeabfuhr, einfaches Design und niedrige Kosten. Die
größte Herausforderung für Hersteller von Leistungsmodulen
ist, diese Eigenschaften durch die Auswahl geeigneter
Einzelkomponenten zu marktgerechten Lösungen zu
verbinden. Ein Beispiel dafür sind Smart Power Module
(SPM) von Fairchild, die sich durch eine aufeinander
abgestimmte Kombination verlustleistungsarmer und
robuster Halbleiter mit innovativer Gehäusetechnologie
auszeichnen.
Convenient Power
Für eine dreiphasige Motoranwendung werden sechs Leistungshalbleiter
und genau so viele Treiberstufen benötigt.
Innerhalb der SPM-Familie von Fairchild gibt es sowohl Typen
mit IGBTs als auch solche mit kurzschlussfesten MOS-
FETS [1]. Allen Modulen gleich ist, dass nicht nur die Leistungsbauelemente,
sondern auch die Treiberbauelemente
enthalten und alle Komponenten optimal aufeinander
abgestimmt sind, was insbesondere den immer wichtiger
werdenden EMV-Anforderungen Rechnung trägt.
Bild 1 zeigt hier exemplarisch das Blockschaltbild des
MiniDIP-Moduls FSAM10SH60A [2] mit sechs IGBTs. Um
die gleiche Funktionalität mit einzelnen Bauelementen
zu erzielen, würde man insgesamt deren 10 benötigen:
40 elektor - 5/2007