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新增多项功能的PI第二代电机驱动IC面世!

时间:2024-06-27 阅读量:45

就在近期,PI推出了全新高压集成半桥(IHB)电机驱动器IC产品系列BridgeSwitch™-2,使得逆变器实现高达99%的变换效率,最高可适用于1马力 (746W)的单相或三相电机的驱动应用。该产品具备三大特点,一是简化散热设计,二是内置的相电流检测功能优化了系统性能,三是具备睡眠模式,待机功耗可以低至10mW。

随着技术成熟以及成本的进一步降低,BLDC电机市场持续发展。与此同时,工业类电机等产品对节能有了新的要求,且用户对家电设备使用体验的要求也在不断提升,这都让无刷直流电机必须在技术上有所迭代,特别是作为BLDC关键元器件的电机驱动器IC。
 

 

采用新功率封装、IHB架构,IC温度降低30℃以上

 
BLDC凭借结构简单、运行效率高、低能耗、长寿命等优势得到广泛地应用,尤其是在工业领域,其优势更加明显。在工业应用场景,大功率无刷直流电机也越来越常见,且已应用在更多大功率产品中。对于应用在大功率产品的电机驱动IC而言,如何提高散热性能是必须解决的问题。
PI资深技术培训经理Jason Yan提到,传统的BLDC驱动逆变器通常会用到IPM模块。IPM模块集成了六个功率开关器件在一个封装当中,由于发热集中,它往往只适合功率不高的中低端的产品当中。因为如果功率过大,散热的问题就会更难处理,一般会采用IPM模块加外部金属散热片的方式。但是IPM模块中多个功率开关的损耗会造成集中发热的现象,而且即使加了散热片后,还要考虑如何解决绝缘等一系列的安规以及设备震动实验问题。
在解决散热的问题上,BridgeSwitch-2采用外露的散热焊盘将热量传导至PCB板,利用PCB板进行散热。针对不同的产品型号,BridgeSwitch-2采用了不同的封装方式。例如小功率电机应用的型号延续紧凑型设计的InSOP-24C封装,而高功率电机应用则采用新出的InSOP-L38封装,因其封装体积更大,本身散热能力也更强,所以也可以处理更高的输出功率。

BridgeSwitch-2封装(图源:PI)
值得一提的是,BridgeSwitch-2采用集成半桥(IHB)架构,IHB架构将热量均匀分布于PCB板上并消除了集中发热点,可以将IC温度降低30℃以上。IHB架构还可提高设计的灵活性和可靠性,元件数量可以减少50%,PCB板空间则可以减少30%。

 

待机功耗低至10mW,IPH检测电机磨损状态的精准度可达92.5%

 
在节能减碳的背景下,工业类电机应用在节能方面有了新的要求,例如欧盟ErP要求自2025年开始待机能耗需要<300mW,洗碗机必须增加30%的效率等。此外,印度对于吊扇应用其致力于50%的节能目标。要知道,现在印度家庭约有8亿个吊扇在使用,且采用的是低效的单相感应电机。
电机驱动芯片如何在功耗上有所创新呢?与第一代产品相比,PI将BridgeSwitch-2的驱动电压调整为15V,从而兼容现有的IPM模块方案的供电电压。此外,该方案还加入了睡眠模式。检测原理是:当微控制器检测到设备处于待机工作状态后,会给辅助供电电源发出降低输出电压的指令,降低给逆变器供电的电压,此时逆变器会采用自供电方式进行操作,MCU会发出睡眠指令给到逆变器,从而让BridgeSwitch-2器件进入睡眠模式。
Jason Yan 表示,睡眠模式下整个驱动器的功耗可以降至10mW以下,这样系统更加易于满足欧盟ERP待机功耗小于300mW的标准。这也意味着,使用BridgeSwitch-2的设备在待机模式可以实现的待机功能,因其可以提供更多可用的待机功率给负载。
在相电流检测方面,传统方法是采用外部电流检测电阻的方式,但这有两个劣势,一是可能会损伤效率,二是这种方式需要额外的电路,在一定程度上也会增加系统成本。不同于传统的方式,BridgeSwitch-2集成的相电流检测(IPH)功能提供了实时的相电流信息,可以省去90%的电流反馈电路,并将逆变器损耗减少10%以上。同时,该方式是在内部来进行检测,不会受到外围噪声的影响,可以更加精确地检测相电流的信息。
相电流的检测有着至关重要的作用,其中一个作用就是通过对相电流的分析可以判断电机的使用寿命。传统的基于分流器的检测方式的准确度仅为55%,BridgeSwitch-2的IPH检测方式由于其对相电流的检测更加精准,因而其对电机磨损估算的准确度可以高达92.5%。
此外,电机的运转不只依赖于硬件,还需要软件的支持,它是一个软硬件结合的系统。PI发现,很多客户对整体解决方案的需求也在不断增加,他们不只是需要厂商提供硬件的支持,也需要有更多可用的软件调试工具来优化电机的性能以及操作。因此PI在推出BridgeSwitch-2硬件的同时,也推出了相配套的电机调试软件——MotorXpert™软件套件。
BridgeSwitch-2由MotorXpert软件套件提供支持,能够帮助客户快速调试电机所用控制算法的软件,缩短产品的入市时间。“即使客户不懂软件,MotorXpert也能够帮助客户调整电机的运行参数,达到最佳的匹配效果”,Jason Yan 表示。
综上所述,PI的新品BridgeSwitch-2方案提供了更大的1马力的输出功率,可以涵盖更多的高压BLDC应用;其高效、低待机的特点也使得整体设备更加高效节能且可实现更多的待机功能,改善用户使用体验。精准的相电流检测使得终端客户能够实现“可预知”的设备维护,从而缩短设备使用周期的宕机时间。我们相信,新品一定会对BLDC的广泛应用提供“一臂之力”。

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