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BridgeSwitch驱动器让无刷电机智能故障检测实现集成化

导读: Power Integrations专门针对无刷电机应用推出了BridgeSwitch集成半桥电路(IHB)的电机驱动器IC产品系列。

IHS的市场数据显示,无刷电机 (BLDC) 因为有助于增加电子设备的可靠性和耐用性,在HVAC、电动汽车、白色家电和工业应用中的使用越来越广泛。随着人们环保意识的提高,用户在选择产品的时候非常看中节能指标。在电机控制中所使用的逆变器对节能起着关键作用,其效率很小的改善会给节能带来较大的影响。

以输入功率为260W来计算,在逆变器效率是97%的情况下,功耗是7.8W,如果逆变器效率提高到98%,功耗就降低到5.2W,可以看出,逆变器效率提升1%,发热可以降低33%。在满足高效节能标准的前提下,“旧有”产品中节省的功耗可以用来增加新的功能。

Power Integrations专门针对无刷电机应用推出了BridgeSwitch集成半桥电路(IHB)的电机驱动器IC产品系列。其技术培训工程师阎金光介绍,“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300W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%。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。”

BridgeSwitch驱动器让无刷电机智能故障检测实现集成化

Power Integrations公司技术培训工程师阎金光

实现硬件保护,智能化程度更高

BridgeSwitch驱动器让无刷电机智能故障检测实现集成化

BridgeSwitch驱动器架构

客户在进行无刷电机控制设计时一般会采用IPM(智能功率模块),IPM通常将六个开关器件及相应的驱动电路集成在一个单一封装当中,开关器件通常是IGBT或者MOSFET。但是由于IPM采用的是单一封装方式,外加集成了六个开关元件,因而其引脚数目相对受限,无法实现过多的故障检测、报警及与微处理器进行通讯等诸多复杂的控制功能。而BridgeSwitch采用的每个器件当中仅集成两个开关管的IHB架构可以更加易于满足电机驱动应用所需的智能化要求。每个BridgeSwitch器件均具有内置的器件级故障保护和系统级监测特性,同时具备一个可靠的单线接口用以进行工作状态的更新,使得控制电机运行的微处理器可以和多达三个BridgeSwitch器件之间进行通信。每个BridgeSwitch器件的上管和下管限流点都可以单独进行设定,这样无需微处理器及相关外围电路在电机绕组开路或短路情况下提供整个系统的保护。集成的无损耗电流监测特性可提供基于硬件的电机故障保护,从而可以简化电机故障保护机制,从而满足IEC60335-1和IEC60730-1要求。

阎金光强调,“工程师在使用BridgeSwitch时,可以根据其引脚不同的连接方式来确定其自身的ID,一旦某个IC出现了故障,可以根据其ID来判断是哪个IC出现了故障,并将相应的故障以代码的方式发送给系统微处理器,由微处理器决定相应的保护机制。因此故障检测更智能化。另外,我们的产品具备全面的保护及监控特性,即可以监测自身的过流故障、过温故障、引脚元件开短路故障,还可以在系统层面监测母线电压的过欠压情况、系统层级的过温故障也可以由IC实现保护。在一个三相电机的驱动应用当中,采用三个BridgeSwitch器件可以使整个系统实现多样化的保护组合。”

BridgeSwitch驱动器让无刷电机智能故障检测实现集成化

BridgeSwitch产品系列提供平台式解决方案

硬件实现保护,降低软件认证升级成本

电机在故障情况下运行有可能会带来安全方面的问题。因而国际上有很多安规标准对出现异常情况时电机的保护机制有所要求。例如,电机在其内部绕组出现开路、短路或者内部绝缘损伤造成绕组与电机外壳相连等情况下,均要求电机的控制系统做出相应的保护动作,以防止对使用者造成的危害。在传统的IPM逆变器架构中,都是依赖软件来实现的。即故障状态由外围电路检测,然后输入至系统MCU,由MCU禁止输出驱动信号至逆变器驱动来实现。这样就要求控制软件必须通过Class B认证,这不仅增加了软件的负担,降低软件代码执行效率,也需要额外的周边外围检测电路,造成成本的增加。而BridgeSwitch将很多故障保护以内部电路的硬件方式来实现,这样就大大减轻了软件的负担,并简化了周围电路,节省了空间和成本。

在传统使用软件执行保护的设计当中,如果电机控制软件进行升级,安规认证机构往往需要重新对软件进行验证,以保证其故障保护可靠性。而对于采用OTA(空间下载)技术的软件更新,还需要进行额外的软件完整性校验,不仅带来认证费用增加,而且升级费时。BridgeSwitch采用的IHB架构的硬件保护机制则更加安全可靠。即使电机控制软件升级也无需担心整个系统的故障保护机制受到影响。

综上,相信BridgeSwitch的推出对于电机驱动保护的智能化会带来深远的影响,并对于无刷直流电机的可靠运行,延长家电使用寿命有所帮助。

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