電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文莫婷婷）隨著技術成熟以及成本的進一步降低，BLDC電機市場持續(xù)發(fā)展。與此同時，工業(yè)類電機等產品對節(jié)能有了新的要求，且用戶對家電設備使用體驗的要求也在不斷提升，這都讓無刷直流電機必須在技術上有所迭代，特別是作為BLDC關鍵元器件的電機驅動器IC。

就在近期，PI推出了全新高壓集成半橋（IHB）電機驅動器IC產品系列BridgeSwitch?-2，使得逆變器實現(xiàn)高達99%的變換效率，最高可適用于1馬力 （746W）的單相或三相電機的驅動應用。該產品具備三大特點，一是簡化散熱設計，二是內置的相電流檢測功能優(yōu)化了系統(tǒng)性能，三是具備睡眠模式，待機功耗可以低至10mW。




采用新功率封裝、IHB架構，IC溫度降低30℃以上

BLDC憑借結構簡單、運行效率高、低能耗、長壽命等優(yōu)勢得到廣泛地應用，尤其是在工業(yè)領域，其優(yōu)勢更加明顯。在工業(yè)應用場景，大功率無刷直流電機也越來越常見，且已應用在更多大功率產品中。對于應用在大功率產品的電機驅動IC而言，如何提高散熱性能是必須解決的問題。

PI資深技術培訓經理Jason Yan提到，傳統(tǒng)的BLDC驅動逆變器通常會用到IPM模塊。IPM模塊集成了六個功率開關器件在一個封裝當中，由于發(fā)熱集中，它往往只適合功率不高的中低端的產品當中。因為如果功率過大，散熱的問題就會更難處理，一般會采用IPM模塊加外部金屬散熱片的方式。但是IPM模塊中多個功率開關的損耗會造成集中發(fā)熱的現(xiàn)象，而且即使加了散熱片后，還要考慮如何解決絕緣等一系列的安規(guī)以及設備震動實驗問題。

在解決散熱的問題上，BridgeSwitch-2采用外露的散熱焊盤將熱量傳導至PCB板，利用PCB板進行散熱。針對不同的產品型號，BridgeSwitch-2采用了不同的封裝方式。例如小功率電機應用的型號延續(xù)緊湊型設計的InSOP-24C封裝，而高功率電機應用則采用新出的InSOP-L38封裝，因其封裝體積更大，本身散熱能力也更強，所以也可以處理更高的輸出功率。

BridgeSwitch-2封裝（圖源：PI）

值得一提的是，BridgeSwitch-2采用集成半橋（IHB）架構，IHB架構將熱量均勻分布于PCB板上并消除了集中發(fā)熱點，可以將IC溫度降低30℃以上。IHB架構還可提高設計的靈活性和可靠性，元件數(shù)量可以減少50%，PCB板空間則可以減少30%。


待機功耗低至10mW，IPH檢測電機磨損狀態(tài)的精準度可達92.5%

在節(jié)能減碳的背景下，工業(yè)類電機應用在節(jié)能方面有了新的要求，例如歐盟ErP要求自2025年開始待機能耗需要<300mW，洗碗機必須增加30%的效率等。此外，印度對于吊扇應用其致力于50%的節(jié)能目標。要知道，現(xiàn)在印度家庭約有8億個吊扇在使用，且采用的是低效的單相感應電機。

電機驅動芯片如何在功耗上有所創(chuàng)新呢？與第一代產品相比，PI將BridgeSwitch-2的驅動電壓調整為15V，從而兼容現(xiàn)有的IPM模塊方案的供電電壓。此外，該方案還加入了睡眠模式。檢測原理是：當微控制器檢測到設備處于待機工作狀態(tài)后，會給輔助供電電源發(fā)出降低輸出電壓的指令，降低給逆變器供電的電壓，此時逆變器會采用自供電方式進行操作，MCU會發(fā)出睡眠指令給到逆變器，從而讓BridgeSwitch-2器件進入睡眠模式。

Jason Yan 表示，睡眠模式下整個驅動器的功耗可以降至10mW以下，這樣系統(tǒng)更加易于滿足歐盟ERP待機功耗小于300mW的標準。這也意味著，使用BridgeSwitch-2的設備在待機模式可以實現(xiàn)的待機功能，因其可以提供更多可用的待機功率給負載。

在相電流檢測方面，傳統(tǒng)方法是采用外部電流檢測電阻的方式，但這有兩個劣勢，一是可能會損傷效率，二是這種方式需要額外的電路，在一定程度上也會增加系統(tǒng)成本。不同于傳統(tǒng)的方式，BridgeSwitch-2集成的相電流檢測（IPH）功能提供了實時的相電流信息，可以省去90%的電流反饋電路，并將逆變器損耗減少10%以上。同時，該方式是在內部來進行檢測，不會受到外圍噪聲的影響，可以更加精確地檢測相電流的信息。

相電流的檢測有著至關重要的作用，其中一個作用就是通過對相電流的分析可以判斷電機的使用壽命。傳統(tǒng)的基于分流器的檢測方式的準確度僅為55%，BridgeSwitch-2的IPH檢測方式由于其對相電流的檢測更加精準，因而其對電機磨損估算的準確度可以高達92.5%。

此外，電機的運轉不只依賴于硬件，還需要軟件的支持，它是一個軟硬件結合的系統(tǒng)。PI發(fā)現(xiàn)，很多客戶對整體解決方案的需求也在不斷增加，他們不只是需要廠商提供硬件的支持，也需要有更多可用的軟件調試工具來優(yōu)化電機的性能以及操作。因此PI在推出BridgeSwitch-2硬件的同時，也推出了相配套的電機調試軟件——MotorXpert?軟件套件。

BridgeSwitch-2由MotorXpert軟件套件提供支持，能夠幫助客戶快速調試電機所用控制算法的軟件，縮短產品的入市時間。“即使客戶不懂軟件，MotorXpert也能夠幫助客戶調整電機的運行參數(shù)，達到最佳的匹配效果”，Jason Yan表示。

綜上所述，PI的新品BridgeSwitch-2方案提供了更大的1馬力的輸出功率，可以涵蓋更多的高壓BLDC應用；其高效、低待機的特點也使得整體設備更加高效節(jié)能且可實現(xiàn)更多的待機功能，改善用戶使用體驗。精準的相電流檢測使得終端客戶能夠實現(xiàn)“可預知”的設備維護，從而縮短設備使用周期的宕機時間。我們相信，新品一定會對BLDC的廣泛應用提供“一臂之力”。