電器中使用的標(biāo)準(zhǔn)雙向異步感應(yīng)電機(jī)（如經(jīng)濟(jì)型洗衣機(jī)）有兩個(gè)繞阻：主繞阻與輔助繞阻。電機(jī)電容器的作用是通過切換至所需繞阻來在所需方向啟動電機(jī)。通常，機(jī)電式開關(guān)用于控制電機(jī)（開-關(guān)及旋轉(zhuǎn)方向）。

但機(jī)電式開關(guān)缺點(diǎn)明顯：產(chǎn)生噪音、擊穿風(fēng)險(xiǎn)高、平均壽命低于電子元件。為提高工作壽命與可靠性，減少功耗并使變頻器更加安靜，使用電子控制解決方案替換機(jī)電式設(shè)計(jì)（繼電器）的需求十分巨大。

可靠、精致的解決方案

意法半導(dǎo)體（ST）與TDK攜手為雙向交流電機(jī)成功開發(fā)了一套精致、經(jīng)濟(jì)的電子控制系統(tǒng)（圖1）。該設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)電路元件：
• STM微控制器單元 (MCU)
• STM雙向晶閘管（ACST、BTA與High Tj雙向晶閘管系列），用于將功率切換至所需繞阻
• EPCOS LCap電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電容器與扼流圈組合產(chǎn)品可使輔助繞阻產(chǎn)生相移，從而為開關(guān)提供過流保護(hù)。

MCU驅(qū)動電機(jī)主繞阻與輔助繞阻的兩個(gè)雙向晶閘管。EPCOS LCap結(jié)合了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電容器與串聯(lián)扼流圈。與使用機(jī)電式開關(guān)的電路相比，該設(shè)計(jì)具備如下優(yōu)點(diǎn)：
• 效率更高——雙向晶閘管由單個(gè)脈沖操作，不需要繼電器線圈中有持續(xù)電流，從而減少能耗。
• 可靠性更高——雙向晶閘管比繼電器壽命更長
• 無火花操作使電磁輻射減少
• 無需使用機(jī)械繼電器從而降低噪音
• 適用于車庫門與門自動開啟裝置或電動遮陽篷與自動窗簾的單速雙向驅(qū)動

最新一代的雙向晶閘管可快速切換，且只需5 mA柵電流即可驅(qū)動，因此非常適用于此應(yīng)用。另外，舉例來說，雙向晶閘管浪涌電流容量 (ITSM) 極高。單個(gè)16-A雙向晶閘管可耐受140 A的浪涌電流20 ms，重復(fù)di/dt可達(dá)到100 A/μs。相位角的控制也極其方便，而使用機(jī)械繼電器就很難做到這點(diǎn)。
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集成扼流圈有效限制過流

有兩個(gè)雙向晶閘管的電子電路需要一個(gè)扼流圈來保護(hù)開關(guān)，避免發(fā)生電流過載。比如，電路中的電磁輻射可使兩個(gè)開關(guān)均處于“開啟”狀態(tài)，這樣會對電容器放電而無任何電流限制進(jìn)而電流過載會損壞開關(guān)。為防止此類問題，可在電容器上串聯(lián)一個(gè)電感器，以便電流過載時(shí)對電容器的電流進(jìn)行限制。

兩個(gè)雙向晶閘管均被同時(shí)強(qiáng)置為“開啟”狀態(tài)時(shí)，電流的第一個(gè)峰值可達(dá)到1000 A以上（圖2）并持續(xù)25 μs之久（紅線）。該值是230 V、50 Hz、額定功率150 W的雙向異步感應(yīng)電機(jī)在由包含兩個(gè)雙向晶閘管、使用10 μF相移電容器的電路驅(qū)動時(shí)的典型值。如此大的電流超出了雙向晶閘管允許的最大值。


兩個(gè)雙向晶閘管均被同時(shí)強(qiáng)置為“開啟”狀態(tài)時(shí)，如無扼流圈保護(hù)，通過開關(guān)的峰值電流可達(dá)到1073 A并持續(xù)25 µs（紅線）。設(shè)置扼流圈后峰值電流被限制為232 A、持續(xù)110 µs（綠線）。

串聯(lián)一個(gè)扼流圈可有效限制電流峰。di/dt比率也將降至雙向晶閘管可承受而不被損壞的值。如圖2所示，80 μH的電感可將第一個(gè)峰值電流降至250 A（綠線）以下、持續(xù)110 μs，使電流保持在安全運(yùn)行范圍。

LCap是一款電容器與扼流圈組合產(chǎn)品，在一個(gè)封裝中結(jié)合了相移電容器與限流扼流圈。在清洗模式下，通過交替開啟每個(gè)雙向晶閘管，滾筒可雙向旋轉(zhuǎn)。感應(yīng)電機(jī)的兩個(gè)繞阻中的一個(gè)由電源直接供電，另一個(gè)由電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電容器供電，電容器上會產(chǎn)生相移與高電壓，峰值電壓可達(dá)650 V。旋轉(zhuǎn)模式下僅有一個(gè)雙向晶閘管開啟，因?yàn)闈L筒只在一個(gè)方向以最大轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

一個(gè)封裝、兩個(gè)元件

EPCOS LCap在一個(gè)封裝中結(jié)合了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電容器與扼流圈，時(shí)間容差小、尺寸緊湊、裝配簡單，設(shè)計(jì)用于經(jīng)濟(jì)、節(jié)能型驅(qū)動控制，包括洗衣機(jī)、干燥機(jī)、車庫自動門、門自動開啟裝置與電動窗簾等。與分散元件解決方案相比，LCap在性能與物流方面具備以下優(yōu)勢：
• 低抗阻
• 長期穩(wěn)定性好，容差小
• 堅(jiān)固、無需維護(hù)
• 尺寸緊湊
• 引腳數(shù)由4個(gè)減少為2個(gè)
• 裝配時(shí)間少

與分散式解決方案相比，在一個(gè)封裝中電容器與扼流圈組合產(chǎn)品的容差限更窄。因?yàn)閷τ跉庑揪€圈扼流圈，機(jī)械影響會對繞阻產(chǎn)生物理更改，因而容差通常更大。除理想的電氣特性外，LCap在生產(chǎn)線裝配也具有可測量的優(yōu)勢。另外，元件數(shù)減少表示所需裝配操作更少，故障率也會有所降低。

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