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[导读]为了给电源转换技术提供一种更为先进的解决方案,近日PI推出了一款全新高压集成半桥(IHB)电机驱动器IC产品——BridgeSwitch™-2,旨在提高BLDC控制性能,简化电机驱动逆变器设计。

近年来,随着全球可持续发展的重要性日益凸显,各行各业对于减少排放和提高能源效率的要求越来越高。特别是在家电、汽车、工业控制等领域,市场往往更加偏向于采用无刷直流电机(BLDC)这类环保高效的新型电机,以实现节能减排的目标。然而,由于这些应用所适用的效率标准越来越严格,因此还需要采用更加先进的电源转换技术来降低功率损耗和简化设计。

在此背景下,全球领先的高压集成电路供应商Power Integrations(以下简称“PI”)推出了一款全新高压集成半桥(IHB)电机驱动器IC产品——BridgeSwitch™-2,旨在提高BLDC控制性能,简化电机驱动逆变器设计。

PI推出BridgeSwitch-2 BLDC IC产品:效率高达99%,电机控制首选!

据了解,BridgeSwitch集成半桥电机驱动器产品系列是PI早前推出的一款电机驱动的完美解决方案,其内部集成了两个性能加强的FREDFET(具有快恢复外延型二极管的场效应晶体管)分别用于半桥电路的上管和下管,且具有无损耗的电流检测功能,可使400W以内的无刷直流电机驱动器应用中的逆变器转换效率达到98.5%以上。而此次PI推出的全新一代BridgeSwitch-2,则在BridgeSwitch的基础上进行了大幅度的优化和改进。

据PI技术培训经理Jason Yan介绍,BridgeSwitch-2最大的一个特点,就是在功率方面实现了进一步提升。相较于上一代产品,这款新IC将可用输出扩展到了1马力(746W),使逆变器效率提高至99%,并将睡眠模式下的功耗降低到了10mW以下。由于BridgeSwitch-2 IC的功率范围为30W至746W(1HP),因此其应用非常广泛,比如热交换器风扇、冰箱压缩机、流体循环泵、燃气锅炉燃烧风扇、洗衣机滚筒,以及厨房搅拌机和搅拌器等,这些电器及设备均可适用。

PI推出BridgeSwitch-2 BLDC IC产品:效率高达99%,电机控制首选!

据悉,BridgeSwitch之所以被PI称为“电机驱动的完美解决方案”,是因为其能满足新兴市场应用的所有要求。

比如,它具有很低导通电阻的FREDFET在所有型号产品中都得到了运用,降低了导通损耗;又如,它可以提供一项市场上独有的特性——相电流(IPH)检测,也就是对流经下管FREDFET的电机电流加以镜像检测,内部的增益放大电路仅需要使用一个外部的小信号电阻即可将相电流信息转换为电压信号,传送给MCU。

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BridgeSwitch-2通过内置的相电流信息实时报告功能,可以实现更加精确的电机控制;通过对门极开关驱动信号的精确控制,以及使用具有软恢复特性的体二极管,其典型的EMI特性表现比现有驱动器低10dB,因此可以选用更小的EMI滤波器。而基于IPH的电流信息可省去90%的电流反馈电路,并将逆变器损耗减少10%以上。

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除了功率的大幅提升,BridgeSwitch-2的另一个特点,则是可以加快开发速度、缩短开发周期和成本

Jason Yan指出,传统的采用分立或IPM方案的逆变器,大多依赖于软件执行系统保护,比如过压或过流故障条件下,依靠软件切断驱动的信号的方式实现系统保护,但这样会增加软件的开发周期及成本。而BridgeSwitch内建的基于硬件的过流和过压保护机制则不依赖于软件,可以在不需要MCU介入的情况下保护逆变器和系统。

“为了使系统MCU在任何时间了解系统的状况,BridgeSwitch不只是对其本身提供保护,还将故障情况以故障总线的方式(仅需要2kB的内存代码)汇报给MCU。特别对于出口至美国和欧盟的产品型号,根据IEC 60730‐1标准,需要满足Class A的系统软件,而这会多花2个月的产品认证时间。”Jason Yan解释说。

与之相比,BridgeSwitch-2可以利用硬件方式处理操作中发生的异常,进而可以使用IEC 60730标准中A类安全的软件,这样便能缩短数月的产品认证时间。

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另外值得一提的是,BridgeSwitch-2由PI的MotorXpert™软件套件提供支持,其中包括单相梯形控制和三相无传感器磁场定向控制(FOC)模块。使用MotorXpert™软件套件,也可以加快逆变器的开发速度。

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事实上,为了进一步降低开发成本,PI在设计BridgeSwitch-2之初,便考虑到了减小PCB面积,以及减少元件数量。所以,新款IC采用的是不同于传统分立式设计的IHB架构。

根据官方提供的数据显示,基于IHB架构的BridgeSwitch-2不仅能使元件数量减少50%,PCB空间减少30%,同时还能消除系统中的集中发热点,使器件整体温度降低30℃以上。

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除此之外,IHB架构还给BridgeSwitch-2带来了灵活性的设计和高性能的优势

据介绍,BridgeSwitch™-2集成半桥系列极大简化了高压逆变器驱动的单相或三相永磁电机(PM)或无刷直流电机(BLDC)驱动器的开发和生产。由于这些电机驱动器将两个高压N沟通道功率FREDFET与低侧和高侧驱动器集成在一个小尺寸封装中,其内部功率FREDFET提供超软和超快的二极管,因此非常适合硬开关逆变器驱动。而两个驱动器都是自供电的,因此消除了对外部辅助电源的需求。

与此同时,BridgeSwitch-2还提供了独特的瞬时相电流输出信号,简化了无传感器控制方案的实现。低剖面、紧凑的表面贴装封装提供了延长的爬电距离,并允许通过印刷电路板为两个功率FREDFET散热。

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不仅如此,新款IC还具有更高安全性和可靠性的特点。

据了解,BridgeSwitch-2可以提供内部故障保护功能和外部系统级监控。其中,内部故障保护包括对两个FREDFET的逐周期电流限制和两级热过载保护;而外部系统级监控包括具有四个欠压电平和一个过压电平的直流总线感应,以及驱动外部传感器(如NTC)。这样的设计可使电机在运行中无需依赖系统软件,即可保护逆变器和系统。

而当无刷直流逆变器不工作时,BridgeSwitch-2还能进入睡眠模式,将每个设备的消耗减少到从整流交流主电源总线的4mW以下。这意味着,在规定的待机功耗限值下,可以为实现网络接入和监控等功能的电路负载提供更多的可用功率。

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得益于以上特性和优点,BridgeSwitch-2在优化器件温升方面实现了显著的性能改进,为电机驱动系统设计提供了新的思路。

可以预见,随着PI在电机控制设计和功率器件上的不断创新,未来家电、汽车、工业等领域的能源效率将有望达到更高水平。

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