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效率高达98.5%的BLDC驱动器让智能家电更省电

时间:2018-12-28 作者:程文智 阅读:
不论是做AC-DC电源用IC产品,还是做LED驱动器IC产品,Power Integrations(PI)一直都非常注重对效率的提升。这一次PI将其积累多年的功率开关技术,应用到了无刷直流电机(BLDC)驱动之中,实现了高达98.5%的高效驱动。

不论是做AC-DC电源用IC产品,还是做LED驱动器IC产品,Power Integrations(PI)一直都非常注重对效率的提升。这一次PI将其积累多年的功率开关技术,应用到了无刷直流电机(BLDC)驱动之中,实现了高达98.5%的高效驱动。zB4EETC-电子工程专辑

据PI公司资深技术培训经理阎金光介绍介绍,这是PI首次推出BLDC驱动产品,这个产品系列为BridgeSwitch,该产品集成了半桥臂电路(IHB),适合于30~300W的无刷直流电机逆变器驱动应用。zB4EETC-电子工程专辑

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图1:PI公司资深技术培训经理阎金光。zB4EETC-电子工程专辑

他详细解释说,BridgeSwitch IC内部集成了两个性能加强的FREDFET(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,可使300 W以内的无刷直流(BLDC)电机驱动器应用中的逆变器转换效率达到98.5%。zB4EETC-电子工程专辑

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图2:BridgeSwitch IC内部结构图。zB4EETC-电子工程专辑

由于BridgeSwitch IC中集成的是2个开关器件,而非传统IPM模块中的6个开关器件。因此,可以做到很低的温升,从而做到无需使用散热片的设计。“在家电设计中,客户最怕的就是安装散热片,因为它涉及到可靠性问题,如安装一致性、运输当中的振动、跌落试验等均要求散热片能够保证散热良好。如果你不需要散热片,而仅靠PCB来散热,就不需要担心各种机械应力对系统散热会产生影响。”阎金光表示。zB4EETC-电子工程专辑

他同时指出,传统的IPM需要采用双路输出的辅助电源供电——15V和5V,15V给驱动器供电,5V给MCU供电。15V可以给下管驱动器直接供电,上管还需要加一个自举二极管。如果逆变器驱动本身能够实现自供电的话,则可以简化辅助供电电源的设计——只需要单路输出的电源给MCU供电即可,并可省去这个自举二极管,甚至可以采用简单的降压型变换器作为辅助供电电源,带来成本节省。zB4EETC-电子工程专辑

再者,BridgeSwitch IC可提供全面的保护和监控特性,如过流、欠压/过压和过温保护。目前常用的IPM模块,由于封装很小,而且内部封装了6个开关器件,PIN脚数目受限,不可能把保护功能做得非常完善。而采用BridgeSwitch后,6个开关分别封装于3个不同的器件当中,因而可以使得整个系统具备更加完善的保护特性。zB4EETC-电子工程专辑

传统的BLDC驱动保护(如过压保护)一般是由MCU通过软件和外围电路来完成的,这无疑会增加MCU的负担,甚至增加成本。而BridgeSwitch提供SM(系统监测)引脚,可以用它来做很多保护组合,比如可以同时实现输入电压监测及系统过温监测。而FAULT引脚可以把内部的过温故障、过流故障等发给MCU。由MCU最终决定是否采取动作(比如降速运行;当然,过温达到极限时仍会自行切断),非常智能。zB4EETC-电子工程专辑

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图3:灵活的BridgeSwitch驱动器架构图。zB4EETC-电子工程专辑

他还特别强调,BridgeSwitch IC中所使用的600 V FREDFET集成了快速超软恢复体二极管。这有助于大幅降低开关损耗和减少噪声的产生,从而简化系统级EMC设计。zB4EETC-电子工程专辑

此外,BridgeSwitch采用硬件方式实现过流保护, 且上管和下管电流均进行逐周期的限流。相对于传统用软件实现保护的方式,硬件实现的方法可以大大降低软件的负担,提高软件的代码执行率,节省外围检测电路的成本。同时也可以极大简化软件的认证成本及认证时间。zB4EETC-电子工程专辑

在阎金光看来,IHB驱动器所提供的优异效率和分布式散热方法可省去散热片,有助于降低系统成本和重量。由于具有集成无损耗电流检测、总线电压检测和系统级过温检测等特性,因此该器件系列非常适合家电中的BLDC电机驱动应用。zB4EETC-电子工程专辑

因此,他认为BridgeSwitch器件适合冰箱压缩机、暖通空调系统风扇以及其他家用和轻型商用泵、风扇和风机。zB4EETC-电子工程专辑

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图4:BridgeSwitch和IPM实测温升对比(风扇应用),118℃的情况下,PCB很可能耐受不住。使用IHB架构的BridgeSwitch则可以将热量均分至不同器件上,从而将器件温升大幅降低。zB4EETC-电子工程专辑

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