PI进入电机驱动器市场推出首款BridgeSwitch IHB的电机驱动器

dsnhgf 2019-01-27 2422

工业控制

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近日，专注于高压集成电路高能效电源转换领域的Power Intergration（PI）宣布进入电机驱动器市场，并推出首款BridgeSwitch集成半桥电路（IHB）的电机驱动器IC产品。该产品继承了PI一直以来优秀的产品基因，并加入了一些对于电机驱动独特的理解。

如今的PI官网上，已经展现出了四个产品线，这也就意味着电机驱动正式成为PI旗下一个重要板块。

PI资深技术培训经理阎金光表示，电源是功率转换应用，而电机驱动也是功率转换，两者有很多想通性，这也是为何大部分电源管理公司都有电机驱动相关产品的原因。

PI资深技术培训经理阎金光

据统计，目前全社会约有一半以上的耗电量发生在电机领域，因此如何把电机设计得更节电，是企业同时也是全社会的责任，作为致力于提供更高能效产品，降低系统工作及待机功耗的PI来说，进入电机驱动领域有助于帮助更多产业实现低功耗技术。

而从PI的核心技术来讲，电机驱动器也是完全符合其特点的。首先PI在系统和应用上有丰富的客户资源、完整的know-how知识体系；其次是PI积累了大量的高压高功率技术资源；第三是在功率器件的封装方面，拥有自己的创新技术；第四则是在集成工艺上拥有自己的一套差异化特性。

如图，除了BridgeSwitch，其他家族系列的产品都是此前推出的，针对马达驱动系统不同应用的产品。BridgeSwitch系列则是PI第一款针对无刷直流电机（BLDC）驱动器应用开发出的产品。

BLDC电机市场应用广泛

BLDC（无刷直流）电机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器（可有可无）组成。相对于传统的有刷电机，其高效、高寿命、低噪声的特点使其具备更好的用户体验。结构上它们有一个明显的区别：无刷直流电机没有直流电机中的换向器和电刷，取而代之的是位置传感器。利用转子位置的信息由微处理器控制逆变电路中的开关实现电机中绕组中电流的换向，这样，电机结构就相对简单，降低了电机的制造和维护成本。无刷直流电机利用电子开关实现换向的代价是电机控制器成本的提高（如对于三相直流电机，需要由6只开关管组成的逆变器外加提供驱动信号的微处理器电路来实现）。

对于BLDC电机来说，既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点，因此广泛应用在各种家电行业及工业用泵中。

如图所示，根据预测，未来家电产量仍将继续增加，同时对于BLDC电机的需求也在持续增加。

全新BridgeSwitch系列产品介绍

阎金光介绍了PI BridgeSwitch产品相比较传统的IPM模块（智能功率模块），具有三大特性，包括驱动效率更高，自供电以及智能化。

BridgeSwitch系列拥有从30W-300W的功率范围选择，最大转换效率可达98.5%。

BridgeSwitch架构框图

无需散热片的解决方案

首先对于效率来说，由于其采用了600 V FREDFET（Fast Recovery Epitaxial Diode FET具有快恢复外延型二极管的场效应晶体管）分别用于半桥电路的上管和下管，且具有无损耗的电流检测功能。FREDFET具有极低的Qrr和软恢复特性，使得开关切换损耗降低，也使得EMI降低，因此效率可达最大化，同时也让控制更加精准。

如图所示，相对竞争对手，PI的FREDFET产品拥有更短的恢复时间，更小的反向电流以及更少的切换功耗。

通过效率提升，减少了发热量，同时由三颗器件构成的驱动模块相比传统IPM的热耗散更加平均，不但可以满足更高的节能标准，还可以直接通过PCB散热，降低散热成本，甚至可将产品直接与电机封装在一起，从而实现更多小型化设计。

如果以输入功率为260W的应用为例，逆变器从97%的效率提高到98%，仅消耗5.2W，相对于7.8W@97%来说，减少了33%的功耗损失，这也就意味着减少33%的发热量。

更智能的驱动器

IPM模块被称为智慧型功率模块，但和BridgeSwitch相比，就显得没那么智慧了。

BridgeSwitch支持传统的过流、欠压/过压及过温保护，且通过简单的单线故障报告总线即可完成器件与MCU之间的故障通讯，更节约MCU端口。此外，对于检测保护输入，用户还可根据其具体应用需要自定义。从而使得整个电机驱动系统具有更加完善的保护特性。相比而言，IPM模块只是自动切断，而不会告知MCU具体故障状态。

BridgeSwitch采用的是硬件方式的独立的逐周期上管、下管过流保护，从而实现在电机工作异常时仍能可靠动作。硬件方式实现的保护可以符合IEC & UL安规标准60730-1 & 60335-1关于故障情况下的安规保护要求，相比软件保护来说，可以大大节省软件认证成本，提高软件的代码执行效率。阎金光介绍道，软件保护最初的IEC 或UL安规认证非常昂贵且费时，而当软件更新后，还要重新认证，此外，在进行OTA（空中下载技术）升级时，还需要额外的软件完整性校验。而采用硬件实现的话则可以降低安规方面对软件实现故障保护的要求，省去大量软件方面的认证工作。

BridgeSwitch支持各类电机类型及各种控制算法，包括FOC、六步换向及正弦控制等，目前PI的工程师已经开发了三款参考设计，以方便工程师进行理解与评估。

PI针对BridgeSwitch的参考设计

更简单的设计

通过集成各种智能检测功能，使得设计更为简化。此外，BridgeSwitch直接可以使用高压直流母线电压进行自供电，而不需要额外的辅助供电，可以简化辅助供电电源的设计，此项技术也是延续了PI在其他产品中所用到的技术。这样，使用更简单的降压型单输出辅助供电电源即可实现整个电机驱动系统的工作。

同时，BridgeSwitch采用InSOP-24C封装，具有两个裸露焊盘，方便进行散热设计。

对于全新BridgeSwitch系列产品，PI高级产品营销经理Cristian Ionescu-Catrina表示：“我们重新审视了迅猛增长的BLDC市场所面临的挑战，以及全球范围内日益严格的节能标准和法规，于是推出了既可实现能源和空间节省，又能精简BOM的创新解决方案。新方案不仅能轻松符合安全标准，还能简化电路和缩短开发时间。”

BridgeSwitch是PI进入BLDC电机驱动器市场的敲门砖，首款产品就具有如此众多特色实属不易，相信未来随着PI继续在电机驱动领域深耕，将会给电机市场带来更多革新。

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