單相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的解決方案簡(jiǎn)化故障診斷和設(shè)計(jì)

作者：Maurizio Di Paolo Emilio

在PCIM期間，Power Integrations展示了一個(gè)嵌入式“ C”代碼應(yīng)用程序，庫和控制GUI，使設(shè)計(jì)人員可以使用該公司的BridgeSwitch無刷直流（BLDC）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC來精確地控制和調(diào)整單相電動(dòng)機(jī)。Power Integrations高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理Cristian Ionescu-Catrina在接受《 Power Electronics News》采訪時(shí)，重點(diǎn)介紹了針對(duì)每種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的新型生態(tài)設(shè)計(jì)如何進(jìn)入消費(fèi)領(lǐng)域。Ionescu-Catrina說：“新法規(guī)增加了效率挑戰(zhàn)：要求洗碗機(jī)提高30％的效率，歐盟的目標(biāo)是到2035年節(jié)省20B美元的能源?！边@使我們能夠通過新的解決方案簡(jiǎn)化故障診斷和設(shè)計(jì)，以較低的聽覺噪聲和精確的控制滿足市場(chǎng)需求，并由BLDC電機(jī)作為單相應(yīng)用中成本優(yōu)化的解決方案提供支持。

BridgeSwitchBLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC具有集成的靈活半橋，可滿足新興市場(chǎng)的需求，該驅(qū)動(dòng)器無需散熱器即可驅(qū)動(dòng)高達(dá)400 W的功率。BridgeSwitch通過硬線保護(hù)和監(jiān)視整個(gè)逆變器來驅(qū)動(dòng)單相或三相電動(dòng)機(jī)。Ionescu-Catrina指出，電機(jī)控制應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)需要復(fù)雜的解決方案，并且簡(jiǎn)化所有硬件設(shè)計(jì)人員的硬件和軟件過程。當(dāng)前，軟件示例適用于特定的電機(jī)，并且沒有內(nèi)置的自定義機(jī)制。此外，傳統(tǒng)的逆變器解決方案缺乏診斷功能，只能依靠軟件通過IEC-60730的B級(jí)安全認(rèn)證，比硬件解決方案的認(rèn)證時(shí)間要長(zhǎng)兩到三個(gè)月。

“客戶需要帶有軟件示例和設(shè)計(jì)工具的整體解決方案，” Ionescu-Catrina說?！半妱?dòng)機(jī)控制應(yīng)用需要定制，并具有最佳的工作范圍；比例積分回路需要配置；PWM頻率和熱規(guī)格各不相同；需要快速，平穩(wěn)的啟動(dòng)。

“例如，在圖1中，在x軸上有氣流；在x軸上有氣流。在y軸上，您具有氣壓，并且每種風(fēng)扇都有一個(gè)最佳的工作區(qū)?！彼敿?xì)說?！耙虼?，要使風(fēng)扇進(jìn)入該工作模式，必須進(jìn)行自定義和調(diào)整。因此必須對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。必須調(diào)整它們以使其在最佳工作區(qū)域中工作，這需要設(shè)計(jì)人員付出巨大的努力。設(shè)計(jì)人員還必須考慮其他用例，例如與比例積分控制常數(shù)有關(guān)的速度控制。并且這還需要諸如Kp參數(shù)之類的配置。此外，許多設(shè)計(jì)人員還希望從存儲(chǔ)器和帶寬的角度優(yōu)化MCU，以最大程度地減少PCB的空間和發(fā)熱。Power集成今年在PCIM上展示的新軟件可以實(shí)現(xiàn)所有這一切。”

圖1：電機(jī)控制應(yīng)用需要定制。（來源：Power Integrations）

無刷直流電動(dòng)機(jī)

BLDC電動(dòng)機(jī)比有刷電動(dòng)機(jī)具有更高的效率和可靠性。它們正越來越多地用于家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品。隨著這些應(yīng)用的效率標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，還需要更好的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)，以最大程度地降低總功耗并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)程序是BLDC控制的基本元素。它是一種功率放大器，可產(chǎn)生電壓輸出來驅(qū)動(dòng)H橋電路的高電流高側(cè)和低側(cè)IGBT柵極。

為了滿足將來的需求，Power Integrations在PCIM上展示了一種新的GUI，用于采用BridgeSwitch系列的單相電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，適用于功率高達(dá)400 W的BLDC電動(dòng)機(jī)。該高壓半橋電動(dòng)機(jī)的效率為99.2％，無需散熱器，并減少軟件認(rèn)證時(shí)間和費(fèi)用。Power Integrations的BridgeSwitch驅(qū)動(dòng)器系列具有集成了無損電流檢測(cè)功能的高級(jí)快速恢復(fù)外延二極管場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FREDFET）。

通過該接口，現(xiàn)在可以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止以及保護(hù)參數(shù)，從而可以在沒有任何外部?jī)x器的情況下監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。圖2顯示了界面允許您編程的可能狀態(tài)列表及其布局。BridgeSwitch Motor-Expert軟件降低了BLDC驅(qū)動(dòng)器的成本和復(fù)雜性。

圖2：新GUI的功能和布局（來源：Power Integrations）

圖3：系統(tǒng)架構(gòu)示例—傳感器控制（來源：Power Integrations）

Ionescu-Catrina說：“該界面使您可以實(shí)時(shí)地在幾種配置中進(jìn)行所有更改?！薄懊看芜M(jìn)行更改時(shí)，配置都會(huì)在微控制器及其軟件中進(jìn)行更新。無需重新編譯，一切都可以實(shí)時(shí)進(jìn)行?！?/p>

該界面還使用戶能夠可視化系統(tǒng)操作，顯示數(shù)據(jù)狀態(tài)，包括電流，速度，狀態(tài)，當(dāng)前錯(cuò)誤和速度錯(cuò)誤。軟件界面中的診斷字段可幫助您了解變頻器和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況。

新軟件隨附了用于恒速和恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行的即用型應(yīng)用示例，所有這些示例均符合IEC6730 A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。該GUI可以與示例和文檔一起下載。當(dāng)然，控制系統(tǒng)仍然需要MCU（圖3）。

該軟件符合靜態(tài)（MISRA）和動(dòng)態(tài)性能分析，涵蓋延遲，抖動(dòng)和執(zhí)行時(shí)間。它只需要14 kB的代碼存儲(chǔ)器和5 kB的SRAM，適合具有較小存儲(chǔ)能力的微控制器。

編輯：hfy