深度解析BridgeSwitch電機(jī)驅(qū)動器的解決方案

作者：Maurizio Di Paolo Emilio

電動機(jī)市場正在經(jīng)歷每年所需單位數(shù)量的顯著增長。所有通用電動機(jī)都將切換到無刷直流解決方案（BLDC），這代表了整個投資市場的很大一部分。而且，將已經(jīng)有很多應(yīng)用已經(jīng)安裝在船上或即將開始使用無刷直流電動機(jī)，例如制冷，洗碗機(jī)或洗衣機(jī)的壓縮機(jī)泵或工業(yè)泵。這是一個增長強(qiáng)勁的市場（圖1）。

圖1：BLDC電機(jī)市場的演變[來源：Power Integrations]

電動機(jī)速度和方向的控制需要使用所使用的操作系統(tǒng)，以及取決于電動機(jī)類型和不同應(yīng)用需求的不同技術(shù)和電路。電動機(jī)控制器的目的是能夠手動或自動作用在電動機(jī)上（起停，超前反轉(zhuǎn)，速度，扭轉(zhuǎn)和防止電壓過載的功能）。與傳統(tǒng)電動機(jī)相比，BLDC電動機(jī)具有許多優(yōu)勢。

通常，它們可提供15％至20％的更高效率；由于它們無刷，并且在所有額定轉(zhuǎn)速下均能提供平坦的扭矩曲線，因此所需維護(hù)較少。半導(dǎo)體技術(shù)的最新發(fā)展，永磁體的改進(jìn)以及對更高效率的不斷增長的需求已導(dǎo)致在許多應(yīng)用中用BLDC代替有刷電機(jī)。BLDC電機(jī)可以具有單相，兩相和三相配置；最常見的是三相一相。相數(shù)對應(yīng)于定子上的繞組數(shù)，而轉(zhuǎn)子磁極可以根據(jù)應(yīng)用為任意對。

驅(qū)動程序是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，以驅(qū)動H橋電路的高電流高側(cè)和低側(cè)IGBT柵極。

“選擇正確的電動機(jī)驅(qū)動器，三個參數(shù)非常重要：封裝，流過電動機(jī)繞組的連續(xù)電流和熱指標(biāo)?！盤ower Integrations高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理Cristian Ionescu-Catrina說。

為了滿足巨大的未來需求，Power Integrations在Embedded World上展示了一種新的BridgeSwitch系列產(chǎn)品，用于功率高達(dá)400 W的BLDC發(fā)動機(jī)。這種高壓半橋電機(jī)的效率為99.2％，不需要散熱器，并減少了軟件認(rèn)證的時間和費(fèi)用。

出色的效率與IHB驅(qū)動器的分布式散熱結(jié)構(gòu)相結(jié)合，降低了系統(tǒng)的重量和成本。集成的無損電流檢測系統(tǒng)，總線電壓檢測電路和系統(tǒng)范圍內(nèi)的熱檢測電路，使該系列器件非常適合家用電器中使用的BLDC電機(jī)。

BridgeSwitch解決方案具有先進(jìn)的高端和低端FREDFET（快速恢復(fù)二極管場效應(yīng)晶體管）以及集成的無損電流檢測功能。

FREDFET以半橋配置連接，其中的二極管結(jié)構(gòu)（超軟和超快速恢復(fù)）使其非常適合基于硬開關(guān)逆變器的電機(jī)驅(qū)動器。

BridgeSwitch IC中使用的FREDFET集成了快速，極其平滑的本征復(fù)位二極管（體二極管）。結(jié)果是大大減少了切換期間的損耗，并降低了產(chǎn)生的噪聲水平，從而簡化了整個系統(tǒng)的電磁兼容性。

新型400W BRD1167和BRD1267 BridgeSwitch IC提供高達(dá)1.33 A的連續(xù)RMS相電流和11.5 A的FREDFET直流輸出電流。與BridgeSwitch系列的其他產(chǎn)品一樣，它們都是自供電的，并采用InSOP-24C表面貼裝封裝。這些設(shè)備可以驅(qū)動單相或多相高壓，同步或異步電動機(jī)，并支持所有流行的MCU和電動機(jī)控制算法。所有BridgeSwitch IC均具有過流，過壓/欠壓和過熱保護(hù)，簡化了IEC 60335和60730認(rèn)證，節(jié)省了時間和成本。

“在空調(diào)風(fēng)扇中，人們希望將逆變器PCB集成到電動機(jī)中。PCB的尺寸非常小。通常，對于這種類型的應(yīng)用，客戶開始使用外部散熱器。我們可以排除散熱器，并降低成本。對于大電流應(yīng)用（例如空調(diào)外部設(shè)備，干燥風(fēng)扇或冰箱壓縮機(jī)），這一點變得更加明顯?！笨死锼沟侔病ひ羶?nèi)斯庫·卡特里娜說。

“熱量集中的熱量點在FREDFET中?！笨死锼沟侔怖m(xù)說：“那個開關(guān)非?？?，電流和電壓都很高。在FREDFET的正下方，我們放置了兩個裸露的焊盤。通過將這些裸露的焊盤連接到PCB，我們可以平均地散發(fā)熱量?！?/p>

圖2：BRD1167 / 1267的框圖[來源：Power Integrations]

圖3：典型的BridgeSwitch三相逆變器架構(gòu)[來源：電源集成]

圖4：單相應(yīng)用[來源：電源集成]

每個BridgeSwitch器件都可以配置為具有不同的高端和低端電流限制，從而無需微控制器和外部電路來保護(hù)系統(tǒng)免受開路條件或電動機(jī)繞組短路的影響。

BridgeSwitch器件具有內(nèi)部自供電功能，支持高達(dá)20 kHz的換向PWM頻率。為確保逆變器啟動時跨旁路低端（BPL）引腳電容器和旁路高端（BPH）引腳電容器的電源電壓足夠大，系統(tǒng)微控制器（MCU）應(yīng)遵循建議的上電順序在圖5中。

圖5：建議的具有自供電操作的上電順序[來源：電源集成]

旁路低端引腳電容器CBPL，BPL引腳充電電流ICH1（LS）和旁路低端引腳電壓VBPL確定了從時間點t1開始的充電時間tBPLC。系統(tǒng)MCU通過控制時間點t2和持續(xù)時間tINLS來導(dǎo)通和關(guān)斷低側(cè)功率FREDFET，來管理上電序列。

BRD116X器件通過與LS引腳串聯(lián)的外部電流檢測電阻器支持離散的低側(cè)FREDFET電流檢測，如圖6所示。電壓VSHUNT是電動機(jī)繞組電流IMOTOR的直接表示。電阻R1和R2設(shè)置外部放大器U1的增益。電阻R3，C1，C2和C3提供噪聲過濾。電阻R4將直流偏移VOFFSET加到放大器U1的輸出信號VOP（圖6）。

圖6：外部電流檢測示例電路[來源：電源集成]

Power Integrations的新型400W BridgeSwitch解決方案將支持具有更高RMS電流和散熱要求的應(yīng)用。

編輯：hfy