Power Integrations推出各種高效、高可靠性、高集成度的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)方案

隨著人們生活水平的提高和現(xiàn)代化生產(chǎn)、辦公自動(dòng)化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)應(yīng)用等設(shè)備都越來(lái)越趨向于高效化、小型化及智能化。電機(jī)作為其執(zhí)行元件的重要組成部分，必須具備高精度、高效等特點(diǎn)。現(xiàn)階段中，無(wú)刷直流電機(jī)憑借著能效高、出色的動(dòng)態(tài)性能以及運(yùn)行噪聲低等等優(yōu)勢(shì)，在不久的將來(lái)將具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。

無(wú)刷直流電機(jī)優(yōu)勢(shì)明顯，市場(chǎng)應(yīng)用廣泛。而各大企業(yè)也根據(jù)市場(chǎng)需求，推出不同的解決方案。作為高壓集成電路高能效電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的知名公司，Power Integrations也不例外，相繼推出各種高效、高可靠性、高集成度的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)方案。為了詳細(xì)闡述其電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的參考設(shè)計(jì)方案，在日前舉行的第13屆（順德）家電電源與變頻控制技術(shù)創(chuàng)新研討會(huì)上，來(lái)自Power Integrations的高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師謝厚林給大家分析了采用BridgeSwitch電機(jī)驅(qū)動(dòng) IC 實(shí)現(xiàn)BLDC驅(qū)動(dòng)器創(chuàng)新。

【PI高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師謝厚林在演講】

無(wú)需散熱片，可提供完善保護(hù)的高效電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

其集成半橋（IHB）電路適合于高達(dá)300W高壓無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。采用的分布式散熱方法可省去散熱片，集成半橋的電路結(jié)構(gòu)減少了系統(tǒng)集中發(fā)熱的現(xiàn)象，其架構(gòu)十分靈活，將熱量均勻分布在不同的器件上。降低了散熱成本，節(jié)省系統(tǒng)成本，減少了焊點(diǎn)的機(jī)械應(yīng)力，從而大幅增強(qiáng)可靠性。其薄型、緊湊型的表面封裝可以提供更寬的爬電距離，兩個(gè)功率FREDFET（具有快恢復(fù)外延型二極管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管）可直接通過(guò)PCB的鋪銅來(lái)散熱，簡(jiǎn)化了散熱設(shè)計(jì)。

BridgeSwitch IC使用600V低導(dǎo)通阻抗RDS(ON）的FREDFET，集成了快速超軟恢復(fù)體二極管，非常適合應(yīng)用于硬開關(guān)型逆變器驅(qū)動(dòng)。而且還有助于大幅降低開關(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)。對(duì)于幾百瓦的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，逆變器效率很小的改善也對(duì)系統(tǒng)溫升及能耗的節(jié)約有顯著的影響。這款驅(qū)動(dòng)IC還具有完善的系統(tǒng)級(jí)保護(hù)，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)繞組開路或短路的故障情況下提供整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)。它還可通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)字接口與微控制器連接，實(shí)現(xiàn)雙向故障及狀態(tài)通信。并且此驅(qū)動(dòng)器完全可以利用高壓母線實(shí)現(xiàn)自供電，從而無(wú)需傳統(tǒng)應(yīng)用中所必須的雙路輸出輔助供電電源及相應(yīng)的自舉二極管，可大大簡(jiǎn)化電路并降低系統(tǒng)成本。

BridgeSwitch器件的半橋驅(qū)動(dòng)器集成方式可以非常靈活地適用于單相或多相電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，并且兼容所有常見的控制算法，支持（6步）梯形控制算法、正弦控制以及磁場(chǎng)定向控制(FOC)。具有的無(wú)損耗電流檢測(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%。內(nèi)部高壓開關(guān)管的開通關(guān)斷斜率控制不但兼容的開關(guān)效率還可降低EMI干擾。BridgeSwitch可為30W至300W范圍內(nèi)的BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供明顯優(yōu)勢(shì)。

【第13屆（順德）家電電源與變頻控制技術(shù)創(chuàng)新研討會(huì)現(xiàn)場(chǎng)】

BridgeSwitch BLDC參考設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，轉(zhuǎn)換效率超過(guò)98%

采用FOC控制器驅(qū)動(dòng)的典型逆變器規(guī)格參數(shù)為：輸入電壓范圍為180V DC到264V DC，輸入功率為108W，輸出功率為100W，電機(jī)相電流為0.5A，PWM載波頻率最小值為5kHz，最大值為15kHz，工作環(huán)境溫度范圍為0℃-40℃。而我們今天這里所講的參考設(shè)計(jì)方案，是使用了三個(gè)BridgeSwitch BRD1163C器件組成的三相逆變器，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，才不到100個(gè)元器件。

此參考設(shè)計(jì)在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)一直保持一致的高效率，即使在輸出功率變化范圍很大的情況下，其功耗始終保持不變，表明其具有一致的高效性。同時(shí)謝厚林工程師還提到此設(shè)計(jì)方案還具有極低的空載輸入功率、優(yōu)異的相電流平衡特性，即使PWM調(diào)制頻率從5kHz增加到15kHz，其相電流波形依然保持不變。在頻率為5kHz時(shí)，其外殼溫度可以保持在74℃以內(nèi)，即使頻率為15kHz，外殼溫度也可以保持在93℃以內(nèi)，說(shuō)明具有極優(yōu)的散熱性能。

謝厚林工程師給我們講述了兩個(gè)基于BridgeSwitch IC的BLDC參考設(shè)計(jì)方案，從下圖中，我們可以看出，沒有使用傳感器，采用了Toshiba TMPM375微處理器，F(xiàn)OC控制方式的參考設(shè)計(jì)方案效率可以高達(dá)98%；而開發(fā)板支持第三方MCU，采用梯形控制或正弦控制方式的參考設(shè)計(jì)方案滿載效率依然可以超過(guò)98%。

【參考設(shè)計(jì)DER-653】

【參考設(shè)計(jì)DER-654】

謝厚林工程師最后總結(jié)到：

BridgeSwitch集成半橋電路(IHB)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公司工程師為用戶詳細(xì)講解產(chǎn)品】