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作者：Maurizio Di Paolo Emilio

電動機市場正在經歷每年所需單位數(shù)量的顯著增長。所有通用電動機都將切換到無刷直流解決方案（BLDC），這代表了整個投資市場的很大一部分。而且，將已經有很多應用已經安裝在船上或即將開始使用無刷直流電動機，例如制冷，洗碗機或洗衣機的壓縮機泵或工業(yè)泵。這是一個增長強勁的市場（圖1）。

圖1：BLDC電機市場的演變[來源：Power Integrations]

電動機速度和方向的控制需要使用所使用的操作系統(tǒng)，以及取決于電動機類型和不同應用需求的不同技術和電路。電動機控制器的目的是能夠手動或自動作用在電動機上（起停，超前反轉，速度，扭轉和防止電壓過載的功能）。與傳統(tǒng)電動機相比，BLDC電動機具有許多優(yōu)勢。

通常，它們可提供15％至20％的更高效率；由于它們無刷，并且在所有額定轉速下均能提供平坦的扭矩曲線，因此所需維護較少。半導體技術的最新發(fā)展，永磁體的改進以及對更高效率的不斷增長的需求已導致在許多應用中用BLDC代替有刷電機。BLDC電機可以具有單相，兩相和三相配置；最常見的是三相一相。相數(shù)對應于定子上的繞組數(shù)，而轉子磁極可以根據(jù)應用為任意對。

驅動程序是BLDC控制的基本元素。它是一種功率放大器，可產生電壓輸出，以驅動H橋電路的高電流高側和低側IGBT柵極。

“選擇正確的電動機驅動器，三個參數(shù)非常重要：封裝，流過電動機繞組的連續(xù)電流和熱指標。”Power Integrations高級產品營銷經理Cristian Ionescu-Catrina說。

為了滿足巨大的未來需求，Power Integrations在Embedded World上展示了一種新的BridgeSwitch系列產品，用于功率高達400 W的BLDC發(fā)動機。這種高壓半橋電機的效率為99.2％，不需要散熱器，并減少了軟件認證的時間和費用。

出色的效率與IHB驅動器的分布式散熱結構相結合，降低了系統(tǒng)的重量和成本。集成的無損電流檢測系統(tǒng)，總線電壓檢測電路和系統(tǒng)范圍內的熱檢測電路，使該系列器件非常適合家用電器中使用的BLDC電機。

BridgeSwitch解決方案具有先進的高端和低端FREDFET（快速恢復二極管場效應晶體管）以及集成的無損電流檢測功能。

FREDFET以半橋配置連接，其中的二極管結構（超軟和超快速恢復）使其非常適合基于硬開關逆變器的電機驅動器。

BridgeSwitch IC中使用的FREDFET集成了快速，極其平滑的本征復位二極管（體二極管）。結果是大大減少了切換期間的損耗，并降低了產生的噪聲水平，從而簡化了整個系統(tǒng)的電磁兼容性。

新型400W BRD1167和BRD1267 BridgeSwitch IC提供高達1.33 A的連續(xù)RMS相電流和11.5 A的FREDFET直流輸出電流。與BridgeSwitch系列的其他產品一樣，它們都是自供電的，并采用InSOP-24C表面貼裝封裝。這些設備可以驅動單相或多相高壓，同步或異步電動機，并支持所有流行的MCU和電動機控制算法。所有BridgeSwitch IC均具有過流，過壓/欠壓和過熱保護，簡化了IEC 60335和60730認證，節(jié)省了時間和成本。

“在空調風扇中，人們希望將逆變器PCB集成到電動機中。PCB的尺寸非常小。通常，對于這種類型的應用，客戶開始使用外部散熱器。我們可以排除散熱器，并降低成本。對于大電流應用（例如空調外部設備，干燥風扇或冰箱壓縮機），這一點變得更加明顯?！笨死锼沟侔病ひ羶人箮臁たㄌ乩锬日f。

“熱量集中的熱量點在FREDFET中。”克里斯蒂安續(xù)說：“那個開關非常快，電流和電壓都很高。在FREDFET的正下方，我們放置了兩個裸露的焊盤。通過將這些裸露的焊盤連接到PCB，我們可以平均地散發(fā)熱量?！?/p>

圖2：BRD1167 / 1267的框圖[來源：Power Integrations]

圖3：典型的BridgeSwitch三相逆變器架構[來源：電源集成]

圖4：單相應用[來源：電源集成]

每個BridgeSwitch器件都可以配置為具有不同的高端和低端電流限制，從而無需微控制器和外部電路來保護系統(tǒng)免受開路條件或電動機繞組短路的影響。

BridgeSwitch器件具有內部自供電功能，支持高達20 kHz的換向PWM頻率。為確保逆變器啟動時跨旁路低端（BPL）引腳電容器和旁路高端（BPH）引腳電容器的電源電壓足夠大，系統(tǒng)微控制器（MCU）應遵循建議的上電順序在圖5中。

圖5：建議的具有自供電操作的上電順序[來源：電源集成]

旁路低端引腳電容器CBPL，BPL引腳充電電流ICH1（LS）和旁路低端引腳電壓VBPL確定了從時間點t1開始的充電時間tBPLC。系統(tǒng)MCU通過控制時間點t2和持續(xù)時間tINLS來導通和關斷低側功率FREDFET，來管理上電序列。

BRD116X器件通過與LS引腳串聯(lián)的外部電流檢測電阻器支持離散的低側FREDFET電流檢測，如圖6所示。電壓VSHUNT是電動機繞組電流IMOTOR的直接表示。電阻R1和R2設置外部放大器U1的增益。電阻R3，C1，C2和C3提供噪聲過濾。電阻R4將直流偏移VOFFSET加到放大器U1的輸出信號VOP（圖6）。