【導(dǎo)讀】無(wú)刷電機(jī)（BLDC）能效更高、動(dòng)態(tài)性能更出色和運(yùn)行噪聲更低，已成為電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)，但與此同時(shí)，高壓電機(jī)IPM模塊存在散熱等許多問(wèn)題，需要采用新的逆變器驅(qū)動(dòng)IC進(jìn)行替代。無(wú)刷電機(jī)——巨大增量市場(chǎng)由于世界各國(guó)不斷關(guān)注節(jié)能問(wèn)題，使節(jié)能型消費(fèi)類產(chǎn)品的需求持續(xù)上升，尤其是電冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)等白家電產(chǎn)品。
除了節(jié)能，白家電設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)包括尺寸、散熱、可靠性、噪聲及外觀設(shè)計(jì)等。而這些都與電機(jī)技術(shù)息息相關(guān)，深耕于高壓集成電路高能效電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的知名公司Power Integrations公司發(fā)布BridgeSwitch™集成半橋電路(IHB)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC產(chǎn)品系列。BridgeSwitch IC內(nèi)部集成了兩個(gè)性能加強(qiáng)的FREDFET（具有快恢復(fù)外延型二極管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管）分別用于半橋電路的上管和下管，且具有無(wú)損耗的電流檢測(cè)功能，可使300 W以內(nèi)的無(wú)刷直流(BLDC)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中的逆變器轉(zhuǎn)換效率達(dá)到98.5%。
IHB驅(qū)動(dòng)器所提供的優(yōu)異效率和分布式散熱方法可省去散熱片，有助于降低系統(tǒng)成本和重量。由于具有集成無(wú)損耗電流檢測(cè)、總線電壓檢測(cè)和系統(tǒng)級(jí)過(guò)溫檢測(cè)等特性，因此該器件系列非常適合家電中的BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。BridgeSwitch器件適合冰箱壓縮機(jī)、暖通空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)扇以及其他家用和輕型商用泵、風(fēng)扇和風(fēng)機(jī)。
PI的半橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路特別適用于家用電器30-300W直流電機(jī)應(yīng)用，其智能高效，內(nèi)置硬件電路保護(hù)，可大幅節(jié)省外圍電路成本。該半橋驅(qū)動(dòng)器能替代傳統(tǒng)的IPM模塊，能更安全地驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載，也因?yàn)槠涓咝Ъ胺植际缴岱绞?，從而可以做到無(wú)需散熱片的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。從芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)講，該驅(qū)動(dòng)器有自供電能力，因而可以無(wú)需外部電源提供驅(qū)動(dòng)供電，而且每個(gè)半橋均可進(jìn)行外部電路配置，根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)配置。該半橋驅(qū)動(dòng)IC有4個(gè)顯著特點(diǎn)：
● 驅(qū)動(dòng)效率高，實(shí)現(xiàn)無(wú)需散熱片的設(shè)計(jì)
● 智能化，具備完善硬件故障保護(hù)及故障匯報(bào)功能
● 芯片集成度高，減少外圍器件，節(jié)省成本
● 適合任何類型電機(jī)及控制算法應(yīng)用
BridgeSwitch IC中所使用的600 V FREDFET集成了快速超軟恢復(fù)體二極管。這有助于大幅降低開(kāi)關(guān)損耗和減少噪聲的產(chǎn)生，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)級(jí)EMC設(shè)計(jì)。這款新的高壓自供電半橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC還具有內(nèi)置的器件保護(hù)和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)特性，同時(shí)具備一個(gè)可靠的單線接口用以進(jìn)行工作狀態(tài)的更新，在電機(jī)微處理器和多達(dá)三個(gè)BridgeSwitch器件之間進(jìn)行通信。
每個(gè)BridgeSwitch器件的上管和下管限流點(diǎn)都可以單獨(dú)進(jìn)行設(shè)定，這樣無(wú)需微處理器及相關(guān)外圍電路在電機(jī)繞組開(kāi)路或短路情況下提供整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)。集成的無(wú)損耗電流監(jiān)測(cè)特性可提供基于硬件的電機(jī)故障保護(hù)，有助于簡(jiǎn)化電機(jī)故障保護(hù)機(jī)制，從而滿足IEC60335-1和IEC60730-1要求。
高級(jí)產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Cristian Ionescu-Catrina表示：“我們重新審視了迅猛增長(zhǎng)的BLDC市場(chǎng)所面臨的挑戰(zhàn)，以及全球范圍內(nèi)日益嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，于是推出了既可實(shí)現(xiàn)能源和空間節(jié)省，又能精簡(jiǎn)BOM的創(chuàng)新解決方案。新方案不僅能輕松符合安全標(biāo)準(zhǔn)，還能簡(jiǎn)化電路和縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。”
新器件的其他特性包括高達(dá)20 kHz的PWM工作頻率，同時(shí)還提供反映精確、實(shí)時(shí)FREDFET漏極電流大小的小信號(hào)輸出，其幅值與電機(jī)繞組的正向電流成鏡像關(guān)系。其安全特性包括兩級(jí)器件過(guò)溫檢測(cè)、下管和上管逐周期電流限流以及直流總線過(guò)壓和欠壓保護(hù)及報(bào)告。新器件可兼容所有常見(jiàn)的控制算法 – 磁場(chǎng)定向控制(FOC)、正弦控制以及提供有傳感器和無(wú)傳感器檢測(cè)的梯形控制算法，關(guān)于這三種控制模式請(qǐng)參見(jiàn)參考設(shè)計(jì)DER-654、DER-653和DER-749。BridgeSwitch采用薄型表面貼裝式InSOP-24C封裝，其爬電距離大于3.2 mm，可通過(guò)兩個(gè)裸焊盤(pán)實(shí)現(xiàn)使用PCB進(jìn)行散熱。
PI提供的樣板可以適應(yīng)任何BLDC電機(jī)控制算法，能配合主流MCU指令集，適合梯形波、正弦波和FOC控制方式。
BridgeSwitch半橋驅(qū)動(dòng)IC使得具有電機(jī)的家電應(yīng)用更加易于滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)其可靠的硬件方式保護(hù)特性及故障匯報(bào)機(jī)制使得電機(jī)應(yīng)用的可靠性大大提高。
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