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Hochvolt-Bausteine und mehr für Motoransteuerungen

Redakteur: Gerd Kucera

Für industrielle Motorantriebe erweitert ON Semiconductor das Portfolio an IGBT-Modulen, IPMs, Gate-Treiber, LDOs und OpAmps. Sie sollen die Integration, Energieeffizienz, Präzision und Zuverlässigkeit der Anwendungen in Automation und Robotik steigern.

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Mit den 650/1200-V-Power-Modulen der DIP-26-Serie hat ON Semiconductor das Portolio für Industre-Antriebe in Automation & Robotik erweitert.
Mit den 650/1200-V-Power-Modulen der DIP-26-Serie hat ON Semiconductor das Portolio für Industre-Antriebe in Automation & Robotik erweitert.
(Bild: ON Semiconductor)

Elektrische Motorantriebe erleben in der industriellen Automatisierung und Robotik einen Aufschwung. Doch für ihren Einsatz macht die EU in ihren Regulierungen zur aktuellen CO2-Situation verbindliche Vorgaben, die sich im Jahresverlauf 2020 weiter verschärfen.

Von künftigen Antriebslösungen fordern Anwender zudem nicht nur höhere Energieeffizienz, sondern gleichfalls eine verbesserte Zuverlässigkeit in rauen Industrieumgebungen. Von den Halbleiter-Herstellern für industrielle Motorapplikationen wird also ein konformes Chip-Design gefordert und die Fähigkeit zur Integration von aktiven und passiven Komponenten. Ein anspruchsvolles Packaging sowie die Einhaltung hoher Qualitäts- und Zuverlässigkeitsstandards gehören dazu.

ON Semiconductor hat sich dieser Herausforderung angenommen und entsprechend neue Drive-Komponenten entwickelt, die jetzt auf dem Markt verfügbar sind. Einige von ihnen werden nachfolgend in ihren charakteristischen Merkmalen skizziert.

IGBT-Module und Treiber

Für 1200-V-Anwendungen gibt es IGBT-Module mit den Typenbezeichnungen NXH25C120L2C2, NXH35C120L2C2/2C2E und NXH50C120L2C2E. Diese TM-PIM (Transfer Molded Power Integrated Module, nicht zu verwechseln mit den später skizzierten IPM) sind Versionen mit Nennströmen von 25, 35 und 50 A. Sie sind in den Konfigurationen Converter-Inverter-Brake (CIB) und Converter-Inverter (CI) erhältlich. Diese Module bestehen aus sechs 1200-V-IGBTs, sechs 1600-V-Gleichrichtern und einem NTC-Thermistor zur Temperaturüberwachung auf Systemebene. Die CIB-Versionen verwenden einen zusätzlichen 1200-V-IGBT, der mit einer Diode gekoppelt ist. Die neuen Module haben eine transfergeformte Kapselung und messen 73 mm x 40 mm x 8 mm. Ihre lötbaren Pin zur Durchsteckmontage haben eine standardisierte Belegung für CIB- und CI-Versionen.

Das IPM-Portfolio (IPM; Intelligent Power Module) ist um die Bausteine NFAM2012L5B und NFAL5065L4B gewachsen, für Nennspannungen von 650 V und 1200 V sowie Nennströmen von 10 bis 75 A. Diese 3-Phasen-Wechselrichter mit integrierten kurzschlussfesten Trench-IGBTs, schneller Recovery-Diode, Gate-Treiber, Bootstrap-Schaltungen, optionalem NTC-Thermistor haben UL1557-Zertifizierung und eine Isolationsfestigkeit von 2500 Vrms/Minute. Diese IPMs nutzen ein DCB-Substrat zur verbesserten Wärmeableitung.

Mit der Typenbezeichnung NCD57000 und NCD57001 gibt es von ON geeignete Gate-Treiber mit galvanischer Isolierung auf dem Chip. Sie ermöglichen in der Anwendungsentwicklung kompakte, effiziente und zuverlässige Gate-Treiber-Designs, und reduzieren laut Herstellerangaben die Systemkomplexität. Die Treiber-Bausteine liefern 4 und 6 A Quell- bzw. Senkenstrom und integrieren gleichzeitig DESAT, Miller Clamp, UVLO, Enable und geregelte VREF.

Evaluation Board für TMPIM und Treiber

Die TMPIM-Evaluierungskarte unterstützt die Evaluierung der Leistungsmodule NXH35C120L2C2SG und NXH50C120L2C2ESG sowie der Gate-Treiber NCD57000 beim Entwurf einer Motoransteuerung. Die Platine enthält ein in die CIB-Topologie (Konverter, Wechselrichter, Bremse) integriertes PIM mit B6-Diodengleichrichter, sechs IGBTs für den Wechselrichter und einen Brems-Chopper. Die Gate-Treiberstufe besteht aus sieben galvanisch isolierten Hochstrom-Gate-Treibern NCD57000. Der Treiber bietet eine 5-kV-Isolation zwischen Primär- und Sekundärseite. Die Evaluierungskarte kann an eine externe Steuerung angeschlossen werden, die PWM-Eingänge bereitstellt und Fehlersignale verarbeitet. Die Verwendung eines externen Sensors zum Schutz vor Überstrom und Überspannung wird empfohlen.

Weitere Bausteine: Operationsverstärker und LDO-Regler

Gut geeignet zur Low-Side-Strommessung und für eine präzise Signalaufbereitung ist der Null-Drift-Operationsverstärker NCS21871, den eine Eingangs-Offset-Spannung von 45 µV charakterisiert. Seine hohe Genauigkeit behält er über den Temperaturbereich von –40 bis + 125 °C bei. Die Zero-Drift-Architektur dieses Operationsverstärkers erlaubt lediglich eine minimale Drift des Eingangs-Offset, die im Datenblatt mit 0,4 µV/°C angegeben ist. Neben Industrieanwendungen eigne sich der Baustein damit auch für Automotive, Medizintechnik und Konsumgeräte.

Schließlich integriert der LDO-Regler NCP730 einen Sanftanlauf zur Unterdrückung des Einschaltstroms sowie Kurzschluss- und Übertemperaturschutz bei Überlastbedingungen. Der Regler ist für eine Betriebsspannung von 2,7 bis 38 V ausgelegt und liefert 150 mA mit von ±1% Ausgangsspannungsungenauigkeit.

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