在电机驱动的过程中,DC-DC转换器对栅极驱动的可靠性和安全性,扮演着相当重要的角色。此外,对于电机运作的稳定性,无线振动传感器也可用于提早侦测到电机的异常运作。本文将为您介绍Murata的DC-DC转换器与无线振动传感器的特性与其在电机驱动上的应用。

提供电机驱动的可靠性和安全性

电机驱动时需要栅极驱动器来控制集成电路产生的小功率信号,来驱动功率晶体(例如IGBT或是功率MOSFET)的栅极,这些应用的环境条件相当具有挑战性,必须提高电源的抗扰度,以确保栅极驱动应用所需的可靠性和安全性,其中DC-DC转换器便扮演着重要的角色。

Murata考虑到相关的应用需求,推出MGJ系列的DC-DC转换器,经过专业的设计和测试,可承受高dv/dt和直流母线电压,且在隔离栅内将不会出现可测的击穿。Murata的DC-DC转换器的常见应用领域包括电机驱动/运动控制、太阳能逆变器、焊接、医用泵控制器、医用X射线系统、暖通空调逆变系统、大功率AC-DC转换、电动运输系统、泵和阀门控制等。

支持不同规格需求的多样化产品线

MGJ系列DC-DC转换器产品众多,以下将介绍其重要特性。

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MGJ1是1W的表面贴装门极驱动DC-DC转换器,具备优化的IGBT/SiC和MOSFET栅极驱动器的双极输出电压,支持5V、12V、15V和24V输入,+15V/-9V、+15V/-5V和+19V/-5V输出,通过UL60950安规认证,可在250Vrms的工作电压下增强绝缘性,通过ANSI/AAMI ES60601-1认证,在250Vrms的工作电压下支持2 MOPP,直流母线电压为3kVDC,隔离测试电压为5.7kVDC,爬电和空气间隙距离为9mm,具有超低耦合电容2pF,可在-40℃至+105℃的温度范围下工作。

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MGJ2是2W通孔门极驱动DC-DC转换器,支持5V、12V、15V和24V输入,+15V/-15V、+15V/-5V、+15V/-8.7V、+20/-3.5V和+20V/-5V输出,目前还增加了新的+17/-9V输出,以及正在开发中新的+18V/-2.5输出,直流母线电压为1.5kVDC,隔离电容为3.3pF(典型值),具有优化的IGBT/SiC和MOSFET栅极驱动器的双极输出电压,通过UL60950认证,工作电压为150Vrms时支持增强绝缘,工作电压为300Vrms时具备基本/辅助绝缘,也通过ANSI/AAMI ES60601-1,工作电压为300Vrms时支持1 MOPP,以及工作电压为200Vrms时支持2 MOOP/1 MOPP,隔离测试电压为5.2kVDC,爬电和空气间隙距离为3mm,超低耦合电容2.8-4pF,在1.5kV时的dv/dt抗扰度为80kV/µs,采用SIP封装,可在-40℃至+100℃的温度范围工作。

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另外还有一款新产品为MGJ2表面贴装,支持优化的IGBT/SiC和MOSFET栅极驱动器的双极输出电压,具有增强绝缘,并即将通过UL60950与ANSI/AAMI ES60601-1认证,支持5.7kVDC隔离测试电压,具有超低耦合电容,支持5V、12V、15V和24V输入,以及+15V/-9V、+15V/-5V和+20V/-5V输出,特有的局部放电性能,支持直流母线电压为3kVDC。

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MGJ3是3W表面贴装栅极驱动DC-DC转换器,无光隔离器反馈,适用于所有栅极驱动应用的可配置双路输出,支持5V、12V和24V输入,+15V/-5V、+15V/-10V和+20V/-5V输出,直流母线电压为3kVDC,隔离电容15pF(典型值),支持经过优化的IGBT/SiC和MOSFET栅极驱动器的双极输出电压,通过UL60950认证,绝缘增强到250Vrms的工作电压,通过ANSI/AAMI ES60601-1,工作电压为250Vrms时支持1 MOPP/2 MOOP,隔离测试电压为5.2kVDC,爬电和空气间隙距离为7mm,具有超低耦合电容15pF,特有的局部放电性能,在1.6kV时的dv/dt抗扰度为80kV/µs,可在-40℃至+105℃的温度范围工作。

多种封装格式满足不同需求

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MGJ6的SIP、DIP与薄型版是6W表面贴装门极驱动DC-DC转换器,支持5V、12V和24V输入,+15V/-5V、+15V/-10V和+20V/-5V输出,直流母线电压为3kVDC,隔离电容为15pF(典型值),支持优化的IGBT/SiC和MOSFET栅极驱动器的双极输出电压,通过UL60950认证,绝缘增强到250Vrms的工作电压,通过ANSI/AAMI ES60601-1,工作电压为250Vrms时支持1 MOPP/2 MOOP,隔离测试电压为5.2kVDC,在1.6kV时的dv/dt抗扰度为80kV/µs,并具有部分放电性能,超低耦合电容器为15pF,爬电和空气间隙距离为7mm,提供SIP、DIP和薄型表面贴片封装,可在-40℃至+105℃的温度范围工作。

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另一款MGJ6半桥、全桥与三相版则是6W表面贴装门极驱动DC-DC转换器,支持5V、12V和24V的2:1宽输入电压,隔离电容为15pF(典型值),支持经过优化的IGBT/SiC和MOSFET栅极驱动器的双极输出电压,可通过使用适当的外部齐纳/电阻组合可配置输出,通过UL60950认证,支持加强绝缘,通过ANSI/AAMI ES60601-1,基于250Vrms工作电压时为2 MOPP,直流母线电压为3kVDC,隔离测试电压为5.7kVDC,1.6kV时的dv/dt抗扰度为80kV/µs,并具有部分放电性能,超低耦合电容器为15pF,爬电和空气间隙距离为8mm。

还有一款MGJ6 14毫米,它无光隔离器反馈,支持优化的IGBT/SiC和MOSFET栅极驱动器的双极输出电压,适用于所有栅极驱动应用的可配置双路输出,包括+15V/-5V、+15V/-10V和+20V/-5V输出,支持5V、12V和24V输入电压,通过UL60950认证,可在690Vrms的工作电压下增强绝缘,IEC 61800-5-1则仍在认证中,可基于690Vrms的工作电压,直流母线电压为3kVDC,1.6kV时的dv/dt抗扰度为80kV/µs,具有14mm爬电和空气间隙距离,隔离电容典型值为13pF,支持直流母线电压3kVDC,隔离测试电压为10.2kVDC,可在-40℃至105℃的温度下工作。

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MGJ6D则是6W表面贴装栅极驱动DC-DC转换器,支持12V输入,+15V/-4V和+18V/-2.5V输出,直流母线电压为3kVDC,隔离电容典型值为13pF,可为Rohm/Wolfspeed和SiC栅极驱动器优化的双极输出电压,已申请UL60950认证,增强绝缘至250Vrms的工作电压,以及ANSI/AAMI ES60601-1认证(待定),工作电压为250Vrms时支持1 MOPP/2 MOOP,隔离测试电压为5.7kVDC,提供SIP、DIP和薄型表面贴片封装,爬电和空气间隙距离为8mm,可在-40℃至+105℃的温度范围工作。

无线传感检测可减少停机损失

在工厂环境中,往往得等到机器发生故障,才能够知道机械是否正常运作,此时已经造成系统停机、生产线暂停,对于生产流程、产品交货都带来极大的影响与损失,若能够在机器发生故障前,提早发现异常状态,便能够及早因应,减少因为停机所造成的影响。

Murata提供了一系列无线传感解决方案,能够提供传感器数据与有用的信息,可用于工厂和设备的预测性维护、节能和提高生产率。这是运用了从基于时间的监视(Time-Based Monitoring, TBM)到基于状态的监视(Condition-Based Monitoring, CBM)的作法改变,通过将无线传感器放置在现有设备上,从以往采取固定时间维护的方式,改变为及时发现机器状态异常,提早进行维护的做法,可减少意外停机时间,并稳定生产质量。

Murata推出的无线传感解决方案安装相当简易,只需将无线传感器节点放置在要监视的机器上即可完成系统安装。该系统使用稳固的1 GHz以下无线电通信和中继器,可在钢铁厂等恶劣环境中工作。

这个解决方案具有扩展性和灵活性,可以随时根据需要将传感器添加到现有系统中,也可以使用API开发自己的可视化或维护解决方案,进行数据的统一管理,基于收集的传感器数据来优化维护过程。

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检测异常电机振动及早发现问题

以Murata的LBAC0ZZ1LZ无线振动传感器单元为例,它利用了Murata多年的压电陶瓷材料知识,可为振动传感器单元提供广泛的测量频率和更长的电池寿命,它可以安装在泵和风扇电机等旋转设备上,并通过振动检测异常,以提高设备维护的效率。

LBAC0ZZ1LZ无线振动传感器单元的尺寸只有38 x 24 x 38 mm,重量仅有50g(含电池),采用低于1GHz的专用ISM无线电通信接口,并已根据每个地区/国家进行了认证,其可以测量峰值加速度、峰值加速度频率、加速度RMS、峰度、温度等数据,可达到±30G的绝对最大额定值,分辨率可达28mG,检测频率为12.5Hz〜10,000Hz,检测方向为Z轴,运作温度范围为-10℃〜85℃,分辨率为0.1℃@25℃,测量精度在振动上可达±3dB,温度为±1℃@25℃,机体(环境)可在-10℃〜60℃,<90%RH(不凝结)下运作,传感器(表面):-10℃〜85℃,<90%RH(非凝结)下运作,符合IP65等级,采用一个亚硫酰氯锂电池,可以拥有5年的运作寿命(每隔1小时的时间间隔报告和25℃运作环境),测量间隔可以设置为15、30秒,或1、5、10、15、30分钟,或是1、2、6、12、24小时。

免责声明:所有这些产品仅在日本、泰国和新加坡获得认证。对于其他国家/地区,请与我们联系以获取更多详细信息。

结语

在电机运作的稳定上,DC-DC转换器扮演着重要的角色,无线振动传感器则可以检测到电机的异常振动,以便及早进行维护,减少停机所造成的损失。Murata所推出的这些解决方案,对于提升工厂电机的运作效率与稳定性,将有相当大的帮助。