永久磁石同期モータ

概要

お客様の革新的な永久磁石同期モータ（PMSM）制御設計向けにインフィニオンのリファレンスデザインと推奨製品を見つけてください。

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永久磁石同期モータは、その利点から電気駆動装置の中では非常に人気の高いソリューションです。以下のページでは、ディスクリート設計オプションおよび統合型モータコントローラIC向けにPMSM推奨製品に適用した理想的なソリューションをご紹介します。

詳細な資料とプラグアンドプレイが可能なリファレンスデザインは、お客様が革新的な製品をできる限り短期間で市場に投入するためにお使いいただけます。高性能モータは、モータの全速度範囲にわたる円滑な回転、フルトルク制御、および高速な速度増減に依存します。モータ制御ドライブシステムにおいてご提案する設計ソリューションの目的は、レギュレーション、安定性、負荷障害変動に対する堅牢性、そして特にバッテリ式アプリケーションでのエネルギー削減です。

以下のページでお客様のパワークラスに応じた推奨製品とリファレンスデザインをご確認ください。設計リソース、サポートツール、すぐに使えるボードおよび開発キットへのリンクがあります。

AC入力のPMSMドライブ向け整流器設計ソリューション―同期モータACソリューション―詳細はこちらから

インフィニオンの産業用ドライブアプリケーションおよび汎用ドライブ向け整流器の統合ソリューションは、EconoPIM™モジュール（3相IGBTモジュール）と呼ばれています。これらの製品は、ブリッジ整流器、ブレーキチョッパ、インバータ段を統合したものです。

主な特長

ワンパッケージソリューション：ブリッジ整流器、ブレーキチョッパ、インバータ段、NTC
カスタマイズ可能パッケージ：ピン位置やトポロジをお客様の仕様に合わせてカスタマイズ可能
お客様のプラットフォーム戦略サポート：様々なトポロジや電圧（600V～1700V）および電流（15A～150A）をカバー
コンパクトなインバータ設計：T_vjop =150℃のTRENCHSTOP™ IGBT4技術による電力密度の向上
取り付け時間／コストの削減：主要端子だけではなく補助端子もPressFIT接続で取り付け作業がより容易に

お客様のデザインをさっそくオンラインシミュレーションしてみましょう。IGBTモジュールの概要はこちらから。

統合型パワーモジュールを使った革新的PSMSインバータ設計ソリューション―詳細はこちらから

統合化レベルと要求パワーに応じ、インフィニオンは様々なIPM（インテリジェントパワーモジュール）をご提供します。これらの製品には様々なパッケージオプションがあり、幅広い電圧および電流クラスをカバーしています。CIPOS™ IPMは、高度に集積されたコンパクトなパワーモジュールで、家電製品から、ファン、ポンプ、汎用ドライブまでのアプリケーションのモータドライブ向けに設計されています。

インテリジェントパワーモジュールにはインフィニオンの高度なIGBT、MOSFET、次世代ゲートドライバIC、最先端サーモメカニカル技術が使われています。こうしたモジュールは、電力密度の向上と耐久性・信頼性の強化により、システムの性能とエネルギー効率を高めます。

CIPOS™ Maxi IM818ファミリーは、様々なパワー／制御コンポーネントを統合化する可能性を提供することで、信頼性を向上させ、PCBサイズおよびシステムコストを最適化します。これは、低電力モータドライブ（GPI、サーボドライブ）ポンプ、ファンドライブ、HVAC（暖房換気空調）向けアクティブフィルタなどの可変速ドライブアプリケーションにおいて、3相ACモータおよび永久磁石モータを制御するように設計されています。この製品のコンセプトは、良好な熱性能と電気的絶縁、EMI耐性、省電力制御、および過負荷保護が必要なパワーアプリケーションに特に適合しています。
優良な電気性能が得られるように、1200V TRENCHSTOP™ IGBTを用いた3相インバータとエミッタ制御ダイオードを最適化した6チャネルSOIゲートドライバと組み合わせました。

インフィニオンの3相インテリジェントパワーモジュールの詳細をご覧ください。

同期モータシステム向け補助電源―詳細はこちらから

補助電源には高効率、高密度AC/DC変換が必要です。そのため、高周波設計では磁気コンポーネントやその他受動コンポーネントのサイズを小さくする必要があります。XDPS21071は適応型CS補正を使うDCMで動作可能な高電圧スタートアップユニットを含むマルチモードコントローラです。スタートアップユニットは、無負荷動作の間はIC電源の効率性と柔軟性を大幅に高めます。

コントローラ内のナノDSPはチップの頭脳のようなものです。これにより、従来のハードウェアミックスドシグナルデバイスと比べ、コントローラが大幅に「よりスマート」になりました。XPDS21071のデジタル／アナログ周辺機器は、様々な信号サンプリングおよび条件をサポートしており、フライバック動作に最適です。ZVS、周波数低減モード（FRM）およびバーストモード（BM)を統合することにより、全ライン／負荷レギュレーションを通じて最大効率が得られます。さらに、ワンタイムプログラマブル（OTP）メモリが搭載されたことで様々なパラメータがプログラム可能となり、デザインイン過程が簡略化されます。パラメータを調整するために多数の外部抵抗／キャパシタネットワークを必要とするミックスドシグナルデバイスとは異なり、デジタル設定可能ピンのおかげでシステムの部品構成／PCBレイアウトが単純化されます。

詳細はインフィニオンの新たな高性能フライバックコントローラICをご覧ください。

永久磁石同期モータシステムのフィールドオリエンテッド制御（FOC）―詳細はこちらから

フィールドオリエンテッド制御（FOC）とは、電流を小さくして効率を最大化するために、周波数および振幅を容易に制御することができる3相正弦波信号を生成するモータ制御法です。基本的な考え方は、3相信号から２つのロータ固定信号へ、そしてその逆方向への変換を行うというものです。

FOCモータ制御においては、ロータ位置とロータ速度のフィードバックが必要となります。フィードバックはセンサレスFOCもしくはセンサ付きFOCから得られます。

センサレスFOCはモータモデリング、モータ相に印加される電圧、3つのモータ相の電流に基づいてロータ位置およびロータ速度を導き出します。
センサ付きFOCは、ホールセンサまたはエンコーダなどのロータセンサからロータ位置およびロータ速度を判定します。

相電流フィードバックはモータ相内、ローサイドMOSFETのレグシャントまたはDCリンクシャント内にて測定できます。

XMC™マイクロコントローラファミリーは、永久磁石同期モータ（PMSM）、ブラシレスDCモータ（BLDC）、AC誘導モータ（ACIM）、サーボモータ、ブラシ付きDCモータなどの、様々な種類のモータのコントローラに最適です。無償かつ使いやすいDAVE™統合開発環境（IDE）は、特定アプリケーション向けに多数の事前設定済み／設定可能な試験済みソフトウェアブロック（DAVE™ APP）を提供しており、迅速な試作とアプリケーション開発を可能にします。

XMC1000ソフトウェア向けのこのアプリケーションでは、相電流検出はレグシャントまたはDCリンクシャントにて行われることを想定しています。

センサレスPMSM FOCソフトウェアには、下記の通り、インフィニオンの複数の革新的技術とユニークな特徴が含まれています。

最適化されたFOC（逆パーク変換なし、外部オペアンプの排除によるコスト低減）
シングルシャントの電流検出に擬似零ベクトル（PZV）のSVM
V/fオープンループからFOCクローズドループへのスムーズな移行のためのMET（最大効率追従）
ロータ速度および位置フィードバックに単一モータパラメータ（ステータインダクタンスL）のみを要するセンサレスフィードバック機構、PLL　Estimator（モータのロータ速度および位置フィードバックはPLL　Estimatorソフトウェアライブラリにて判定されます。このライブラリはインフィニオンの特許取得済みの知的財産であり、libPLL_Estimator.a fileにコンパイルして提供しています。）

PMSM制御および駆動用ゲートドライバ―詳細はこちらから

stationary-frames — Stationary and Rotating Reference Frames

インフィニオンのIGBTゲートドライバは、基本的な制御・保護機能を含み、信頼性の高いシステムの容易な設計をサポートします。制御入力ロジックと駆動出力段の間に統合型ガルバニック絶縁を設けたことで、安全性がさらに高まりました。広い入力電圧供給範囲は、DSPやマイクロコントローラなど、様々な信号源の直接接続をサポートします。

レールツーレールのドライバ出力を分離したことで、ゲート抵抗の選択が容易になり、外付け高電流バイパスダイオードを省くことができ、ｄV/dt制御が強化されます。アクティブシャットダウン機能により、電源に出力チップが接続されていない場合やアンダーボルテージロックアウトの場合にIGBTを確実に安全なオフ状態にできます。デュアルIGBTドライバICはガルバニック絶縁されたデュアルチャネルIGBTドライバを特長とし、パワーMOSFETデバイスの駆動にも使えます。1パッケージ内に一般的には2Aの電流容量を持つ２つの完全に独立したドライバ出力が設けられています。ロジックピンは5VのCMOSとの互換性を持ち、マイクロコントローラにも直接接続が可能です。統合型コアレストランス技術が、ガルバニック絶縁を介したデータ転送を実現しています。

これらの製品は、IGBT不飽和保護、アクティブミラークランピング、アクティブシャットダウンなど、複数の保護機能を提供しています。短絡クランピング：短絡中のIGBTのゲート電圧はミラー容量を介したフィードバックのため、上昇する傾向があります。OUT+に接続する追加保護回路は、この電圧を供給電圧よりもわずかに高い値に制限します。お客様の同期モータ制御ソリューションに適切なゲートドライバを見つけてください。インフィニオンのMOSFET、IGBT、SiC MOSFET、GaN HEMT向けゲートドライバICの概要をご覧ください。

永久磁石同期モータ（PMSM）とは？

永久磁石同期モータは誘導モータとブラシレスDCモータ両方の特長を兼ね備えています。これはブラシレスDCモータと同様に永久磁石ロータとステータ巻線を持っています。しかしながら、マシンのエアギャップに正弦波の磁束密度を作るように構成された巻線を持つステータの構造は、誘導モータにも似ています。同じ定格の場合、磁界生成にステータの電力を使わないため、永久磁石同期モータの電力密度は、誘導モータよりも高くなります。

現在、このようなモータはよりパワフルでありながら、より小サイズ、より小さい慣性モーメントとなるように設計されています。

永久磁石同期モータの主要特性