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IHS 的市場數(shù)據(jù)顯示，無刷電機(jī)?(BLDC) 因為有助于增加電子設(shè)備的可靠性和耐用性，在 HVAC、電動汽車、白色家電和工業(yè)應(yīng)用中的使用越來越廣泛。隨著人們環(huán)保意識的提高，用戶在選擇產(chǎn)品的時候非?？粗泄?jié)能指標(biāo)。在電機(jī)控制中所使用的逆變器對節(jié)能起著關(guān)鍵作用，其效率很小的改善會給節(jié)能帶來較大的影響。
以輸入功率為 260W 來計算，在逆變器效率是 97%的情況下，功耗是 7.8W，如果逆變器效率提高到 98%，功耗就降低到 5.2W，可以看出，逆變器效率提升 1%，發(fā)熱可以降低 33%。在滿足高效節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的前提下，“舊有”產(chǎn)品中節(jié)省的功耗可以用來增加新的功能。
Power Integrations 專門針對無刷電機(jī)應(yīng)用推出了 BridgeSwitch 集成半橋電路(IHB)的電機(jī)驅(qū)動器 IC 產(chǎn)品系列。其技術(shù)培訓(xùn)工程師閻金光介紹，“BridgeSwitch IC 內(nèi)部集成了兩個性能加強的 FREDFET（具有快恢復(fù)外延型二極管的場效應(yīng)晶體管），分別用于半橋電路的上管和下管，且具有無損耗的電流檢測功能，可使 300W 以內(nèi)的無刷直流(BLDC)電機(jī)驅(qū)動器應(yīng)用中的逆變器轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 98.5%。IHB 驅(qū)動器所提供的優(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。由于具有集成無損耗電流檢測、總線電壓檢測和系統(tǒng)級過溫檢測等特性，因此該器件系列非常適合家電中的 BLDC 電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用。”
Power Integrations 公司技術(shù)培訓(xùn)工程師閻金光
BridgeSwitch 驅(qū)動器架構(gòu)
客戶在進(jìn)行無刷電機(jī)控制設(shè)計時一般會采用 IPM（智能功率模塊），IPM 通常將六個開關(guān)器件及相應(yīng)的驅(qū)動電路集成在一個單一封裝當(dāng)中，開關(guān)器件通常是 IGBT 或者 MOSFET。但是由于 IPM 采用的是單一封裝方式，外加集成了六個開關(guān)元件，因而其引腳數(shù)目相對受限，無法實現(xiàn)過多的故障檢測、報警及與微處理器進(jìn)行通訊等諸多復(fù)雜的控制功能。而 BridgeSwitch 采用的每個器件當(dāng)中僅集成兩個開關(guān)管的 IHB 架構(gòu)可以更加易于滿足電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用所需的智能化要求。每個 BridgeSwitch 器件均具有內(nèi)置的器件級故障保護(hù)和系統(tǒng)級監(jiān)測特性，同時具備一個可靠的單線接口用以進(jìn)行工作狀態(tài)的更新，使得控制電機(jī)運行的微處理器可以和多達(dá)三個 BridgeSwitch 器件之間進(jìn)行通信。每個 BridgeSwitch 器件的上管和下管限流點都可以單獨進(jìn)行設(shè)定，這樣無需微處理器及相關(guān)外圍電路在電機(jī)繞組開路或短路情況下提供整個系統(tǒng)的保護(hù)。集成的無損耗電流監(jiān)測特性可提供基于硬件的電機(jī)故障保護(hù)，從而可以簡化電機(jī)故障保護(hù)機(jī)制，從而滿足 IEC60335-1 和 IEC60730-1 要求。
閻金光強調(diào)，“工程師在使用 BridgeSwitch 時，可以根據(jù)其引腳不同的連接方式來確定其自身的 ID，一旦某個 IC 出現(xiàn)了故障，可以根據(jù)其 ID 來判斷是哪個 IC 出現(xiàn)了故障，并將相應(yīng)的故障以代碼的方式發(fā)送給系統(tǒng)微處理器，由微處理器決定相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制。因此故障檢測更智能化。另外，我們的產(chǎn)品具備全面的保護(hù)及監(jiān)控特性，即可以監(jiān)測自身的過流故障、過溫故障、引腳元件開短路故障，還可以在系統(tǒng)層面監(jiān)測母線電壓的過欠壓情況、系統(tǒng)層級的過溫故障也可以由 IC 實現(xiàn)保護(hù)。在一個三相電機(jī)的驅(qū)動應(yīng)用當(dāng)中，采用三個 BridgeSwitch 器件可以使整個系統(tǒng)實現(xiàn)多樣化的保護(hù)組合?！?/p>
BridgeSwitch 產(chǎn)品系列提供平臺式解決方案
硬件實現(xiàn)保護(hù)，降低軟件認(rèn)證升級成本
電機(jī)在故障情況下運行有可能會帶來安全方面的問題。因而國際上有很多安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對出現(xiàn)異常情況時電機(jī)的保護(hù)機(jī)制有所要求。例如，電機(jī)在其內(nèi)部繞組出現(xiàn)開路、短路或者內(nèi)部絕緣損傷造成繞組與電機(jī)外殼相連等情況下，均要求電機(jī)的控制系統(tǒng)做出相應(yīng)的保護(hù)動作，以防止對使用者造成的危害。在傳統(tǒng)的 IPM 逆變器架構(gòu)中，都是依賴軟件來實現(xiàn)的。即故障狀態(tài)由外圍電路檢測，然后輸入至系統(tǒng) MCU，由 MCU 禁止輸出驅(qū)動信號至逆變器驅(qū)動來實現(xiàn)。這樣就要求控制軟件必須通過 Class B 認(rèn)證，這不僅增加了軟件的負(fù)擔(dān)，降低軟件代碼執(zhí)行效率，也需要額外的周邊外圍檢測電路，造成成本的增加。而 BridgeSwitch 將很多故障保護(hù)以內(nèi)部電路的硬件方式來實現(xiàn)，這樣就大大減輕了軟件的負(fù)擔(dān)，并簡化了周圍電路，節(jié)省了空間和成本。
在傳統(tǒng)使用軟件執(zhí)行保護(hù)的設(shè)計當(dāng)中，如果電機(jī)控制軟件進(jìn)行升級，安規(guī)認(rèn)證機(jī)構(gòu)往往需要重新對軟件進(jìn)行驗證，以保證其故障保護(hù)可靠性。而對于采用 OTA（空間下載）技術(shù)的軟件更新，還需要進(jìn)行額外的軟件完整性校驗，不僅帶來認(rèn)證費用增加，而且升級費時。BridgeSwitch 采用的 IHB 架構(gòu)的硬件保護(hù)機(jī)制則更加安全可靠。即使電機(jī)控制軟件升級也無需擔(dān)心整個系統(tǒng)的故障保護(hù)機(jī)制受到影響。
綜上，相信 BridgeSwitch 的推出對于電機(jī)驅(qū)動保護(hù)的智能化會帶來深遠(yuǎn)的影響，并對于無刷直流電機(jī)的可靠運行，延長家電使用壽命有所幫助。
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