Single-Chip-Inverter für zuverlässigen, effizienten Betrieb und kompaktes Baumaß
Die stetige Verbreitung von Gleichstrommotoren in verschiedenen Anwendungen fördert die Entwicklung spezialisierter Komponenten für die Antriebssteuerung. Mit den Single Chip Invertern (SCI) der Hersteller APEX Precision Power und Mitsubishi bietet die HY-LINE Power Components GmbH drei vollständige, kompakte Single-Chip Leistungsstufen für verschiedene Motortypen und Betriebsspannungen für den Kleinleistungsbereich von bis zu 100 W an.
Im Hause Apex Precision Power wurden die spezialisierten, MOSFET-basierenden Single Chip Leistungstreiber SA57 für bürstenbehaftete und SA306 für bürstenlose Gleichstromantriebe für Betriebsspannung von 8,5 V bis 60 V DC entwickelt. Der
3-Phasen Single Chip Inverter M81500FP von Mitsubishi hingegen verwenden
statt MOSFETs integrierte IGBTs als Leistungsschalter und ist damit für Betriebsspannungen von 50 V bis 500 V DC ausgelegt. Primäres Einsatzgebiet dieses Inverters ist der Betrieb an gleichgerichteter Netzspannung.
Das Konzept beider Hersteller vereinigt Leistungsstufe inkl. Bootstrap- und Freilaufdioden, Treiberschaltkreis und Kontrolllogik in einem SMD-Package und bietet zusätzlich zu den 3V- und 5V-kompatiblen Steuereingängen Status-Ausgänge für Unterspannungs-, Überstrom- und Übertemperaturerkennung.
Beide Hersteller haben Ihre Produkte auf die besonderen Anforderungen des jeweiligen Betriebsspannungsbereichs ausgelegt und mit erweiterten Zusatzfunktionen ausgestattet.
So verfügen die beiden intelligenten Treiber-Bausteine von APEX über eine integrierte Strommessung mittels High-Side Stromspiegel. Über externe Widerstandsbeschaltung kann an diesen Pins ein maximal zulässiger Strom eingestellt werden. Wird dieser überschritten, wird die Leistungsstufe bis zur nächsten steigenden Flanke des Steuersignals abgeschaltet. So entsteht eine schnelle und zuverlässige Cycle-By-Cycle Strombegrenzung mit Reaktionszeiten von weniger als 500ns.
Auch Mitsubishi hat den MP81500FP mit einer ähnlichen, internen Stromkontrolle ausgestattet. Aufgrund der geringeren Ströme kommt hier ein Shunt-Widerstand im Masse-Fußpunkt zum Einsatz, der ein kontinuierliches Stromsignal liefert.
Um die in dieser Baugröße enorme Leistungsdichte auch thermisch und elektrisch handhaben zu können wurden spezielle Bauformen entwickelt, die sowohl eine bestmögliche Wärmeabfuhr, als auch die Stromtragfähigkeit der Pins sicherstellt. APEX setzt hierbei auf die Verteilung des Stroms auf mehrere Pins. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr wird der monolithische IC direkt auf der metallisierten Bodenfläche des Gehäuses montiert. Beim M81500FP von Mitsubishi hingegen kommt die Transfer Mold Technologie zum Einsatz, bei welcher der Kupfer Lead Frame sowohl zur elektrischen Verbindung als auch als exzellenter Wärmeverteiler genutzt wird.
Alle Pins der Packages sind strikt in Leistungs- und Signalseite getrennt, erleichtern so das Layout und verringern Störungen auf Mess- und Steuersignalen.
Durch die geringe Zahl an erforderlichen Zusatzkomponenten verringert sich nicht nur der benötigte Platzbedarf um bis zu 55% gegenüber einer vergleichbaren diskreten Lösung, auch die Entwicklungszeit wird erheblich reduziert. In Kombination mit einem Mikrocontroller entstehen so sehr kompakte und zuverlässige Motorsteuerungen mit hoher Leistungsdichte und hoher Effizienz.
