BridgeSwitch 將高效率、設(shè)計(jì)靈活性、增強(qiáng)的安全性、IEC 60335-1 和 IEC 60730-1 合規(guī)性與故障診斷相結(jié)合。

不斷提高消費(fèi)電器中電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的效率和可靠性的要求越來(lái)越多地挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)人員。從歐盟到中國(guó)，越來(lái)越多的消費(fèi)電器需要更高的效率，包括洗碗機(jī)、冰箱以及供暖、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC) 系統(tǒng)。1,2設(shè)計(jì)還必須符合 IEC 60335-1 和 IEC 60730-1 安全要求。

與此同時(shí)，消費(fèi)者和制造商都要求更高水平的可靠性——更少的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)和更少的退貨。根據(jù)最近的一項(xiàng)行業(yè)研究，誤診導(dǎo)致 30% 的壓縮機(jī)退貨“未發(fā)現(xiàn)故障” 3 ，這增加了整個(gè)供應(yīng)鏈的成本和效率低下，并導(dǎo)致消費(fèi)者不滿意。利用物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)消費(fèi)電器的遠(yuǎn)程監(jiān)控，但設(shè)計(jì)必須支持有意義且具有成本效益的故障診斷系統(tǒng)和保護(hù)功能。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)人員可以求助于 Power Integrations 的 BridgeSwitch 系列、高壓、自供電、半橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC，它們具有集成保護(hù)、系統(tǒng)監(jiān)控和報(bào)告功能，可提供更高的效率、更高的設(shè)計(jì)靈活性并增強(qiáng)逆變器和系統(tǒng)可靠性（圖 1）。

圖 1：BridgeSwitch 將高效率與廣泛的故障監(jiān)控和報(bào)告（藍(lán)色文本）相結(jié)合，以提高系統(tǒng)和逆變器的可靠性。

高效率簡(jiǎn)化了熱管理

BridgeSwitch 集成半橋簡(jiǎn)化了高壓、逆變器驅(qū)動(dòng)、單相或三相永磁或無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。BridgeSwitch IC 包括一個(gè)專有的瞬時(shí)相電流輸出信號(hào)，有助于設(shè)計(jì)無(wú)傳感器控制方案。這些 IC 包括兩個(gè) 600V、N 溝道功率 FREDFET，帶有高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器，采用小外形、表面貼裝封裝 (13.6 × 9.4 × 1.35 mm)，可提供更長(zhǎng)的爬電距離并允許冷卻通過(guò)印刷電路板為 FREDFET 供電（圖 2）。

圖 2：BridgeSwitch InSOP-24C 封裝的底視圖顯示了延長(zhǎng)的爬電距離（右下方）以及高側(cè)和低側(cè) FREDFET 的冷卻墊。

FREDFET 中的超軟和超快二極管針對(duì)硬開(kāi)關(guān)逆變器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了優(yōu)化。高側(cè)和低側(cè)控制和驅(qū)動(dòng)器是自供電的，無(wú)需外部輔助電源。分布式熱足跡與高達(dá) 99.2% 的效率相結(jié)合，在額定連續(xù) RMS 電流下無(wú)需外部散熱器，從而降低了系統(tǒng)成本、尺寸和重量。BridgeSwitch IC 可提供高達(dá) 400 W 的輸出功率，非常適合用于洗碗機(jī)和冰箱等電器的逆變器以及高效空調(diào)中的冷凝器風(fēng)扇。

基于硬件的故障保護(hù)節(jié)省認(rèn)證成本和時(shí)間

大多數(shù)逆變器設(shè)計(jì)中的微控制器 (MCU) 用于監(jiān)控故障條件并對(duì)其做出反應(yīng)，以及控制電機(jī)。使用標(biāo)準(zhǔn)軟件包實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制簡(jiǎn)單且相對(duì)快速。故障診斷和保護(hù)更具挑戰(zhàn)性，并且因應(yīng)用而異，因?yàn)樗鼈円蕾囉诟鞣N不同的傳感器來(lái)監(jiān)控相電流、系統(tǒng)過(guò)熱條件、振動(dòng)和其他系統(tǒng)參數(shù)。對(duì) MCU 進(jìn)行編程以解釋傳感器輸入并以獲得國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證所需的適當(dāng)方式實(shí)施保護(hù)是很復(fù)雜的。

對(duì)監(jiān)控軟件進(jìn)行認(rèn)證是一個(gè)耗時(shí)且成本高昂的過(guò)程，通常會(huì)延遲上市時(shí)間。另一方面，BridgeSwitch IC 中基于硬件的電機(jī)故障保護(hù)符合 IEC 60335-1 和 IEC 60730-1 的電機(jī)異常運(yùn)行要求，無(wú)需依賴軟件進(jìn)行控制，從而降低成本并加快上市時(shí)間。4由此產(chǎn)生的使用符合 IEC 60730-1 的 A 類軟件指定的能力可以節(jié)省兩個(gè)月的認(rèn)證時(shí)間，而且使用 BridgeSwitch IC 還簡(jiǎn)化了產(chǎn)品軟件更新的安全審批流程。

BridgeSwitch 通過(guò)雙向故障總線將全面的內(nèi)部故障保護(hù)功能與外部系統(tǒng)級(jí)監(jiān)控和報(bào)告相結(jié)合（圖 3）。內(nèi)部故障保護(hù)包括兩個(gè) FREDFET 的兩級(jí)熱過(guò)載保護(hù)和硬件可編程逐周期過(guò)流保護(hù)。系統(tǒng)級(jí)監(jiān)控包括高壓直流總線上的四個(gè)欠壓電平和一個(gè)過(guò)壓電平，以及負(fù)溫度系數(shù)溫度傳感器、振動(dòng)傳感器等外部傳感器，以及檢測(cè)電機(jī)失速、電機(jī)斷相的能力，或運(yùn)行過(guò)載。

圖 3：BridgeSwitch IC 集成了故障診斷、雙向故障總線以及報(bào)告和硬件保護(hù)，以提高可靠性。

單線故障總線基于開(kāi)漏架構(gòu)，使 BridgeSwitch IC 能夠使用 8 位字發(fā)送狀態(tài)更新，其中第 8 位提供奇校驗(yàn)以確保信號(hào)完整性。MCU 也使用它來(lái)發(fā)送：

對(duì) BridgeSwitch IC 的命令

查詢 BridgeSwitch IC 以獲取狀態(tài)更新

對(duì)因過(guò)熱故障而鎖定的 IC 的復(fù)位命令

ID 引腳用于在上電時(shí)為每個(gè) BridgeSwitch IC 設(shè)置唯一的 IHB 標(biāo)識(shí)，使 MCU 能夠識(shí)別哪個(gè) IC 提供了給定的故障警報(bào)：IHB1 的 ID 引腳連接到 BPL，ID 引腳為 IHB2 懸空，并且ID 引腳連接到 IHB3 的 SG（圖 4）。此外，設(shè)置每個(gè) IC 的 IHB 標(biāo)識(shí)支持使用設(shè)備 ID 時(shí)間段 (t ID )在單線總線上進(jìn)行仲裁。HB1 的ID為 40 μs，HB2的 t ID為 60 μs，HB3 的 t ID為 80 μs。系統(tǒng) MCU 被分配了一個(gè) 160 μs 的默認(rèn) t ID，確保它始終贏得總線仲裁。

圖 4：BridgeSwitch 狀態(tài)報(bào)告將單線故障通信總線與設(shè)備 ID 編程（綠色）相結(jié)合。

電機(jī)專家套件加快上市時(shí)間

Power Integrations 的 Motor-Expert 軟件套件具有速度和電流控制回路功能，包括嵌入式 C 代碼應(yīng)用程序、庫(kù)和控制 GUI，支持使用 BridgeSwitch IC 的單相和三相設(shè)計(jì)。5它通過(guò)為所有參數(shù)和命令提供圖形界面以及用于以串行模式與電機(jī)控制器交互的終端仿真器來(lái)加快上市時(shí)間。Motion Scope 窗口顯示控制器變量的實(shí)時(shí)線性圖。可以添加新功能和用例，用戶可以輕松地將軟件移植到 MCU。該軟件僅需要 14 kB 的代碼內(nèi)存和 5 kB 的 SRAM，使其適合在內(nèi)存資源有限的 MCU 上運(yùn)行。使用 Motor-Expert 開(kāi)發(fā)的軟件滿足延遲、抖動(dòng)和執(zhí)行時(shí)間的靜態(tài) (MISRA) 和動(dòng)態(tài)性能要求。

結(jié)論

設(shè)計(jì)人員可以求助于具有內(nèi)置系統(tǒng)故障診斷功能的 BridgeSwitch IC，以減少現(xiàn)場(chǎng)退貨并加快產(chǎn)品上市時(shí)間。這些自供電半橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 可提供現(xiàn)代消費(fèi)電器所需的高效率、設(shè)計(jì)靈活性以及增強(qiáng)的逆變器和系統(tǒng)可靠性。廣泛的基于硬件的保護(hù)功能可節(jié)省認(rèn)證時(shí)間和成本。這些 IC 符合 IEC 60335-1 和 60730-1 標(biāo)準(zhǔn)，如 UL 報(bào)告 4788685352 中所述。ID 引腳使 MCU 能夠查明故障位置。最后，使用 Motor-Expert 設(shè)計(jì)軟件可進(jìn)一步加快 BridgeSwitch IC 的單相和三相應(yīng)用的上市時(shí)間。

審核編輯：湯梓紅