隨著技術(shù)成熟以及成本的進(jìn)一步降低,BLDC電機(jī)市場(chǎng)持續(xù)發(fā)展。與此同時(shí),工業(yè)類(lèi)電機(jī)等產(chǎn)品對(duì)節(jié)能有了新的要求,且用戶(hù)對(duì)家電設(shè)備使用體驗(yàn)的要求也在不斷提升,這都讓無(wú)刷直流電機(jī)必須在技術(shù)上有所迭代,特別是作為BLDC關(guān)鍵元器件的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC。
就在近期,PI推出了全新高壓集成半橋(IHB)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC產(chǎn)品系列BridgeSwitch?-2,使得逆變器實(shí)現(xiàn)高達(dá)99%的變換效率,最高可適用于1馬力 (746W)的單相或三相電機(jī)的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。該產(chǎn)品具備三大特點(diǎn),一是簡(jiǎn)化散熱設(shè)計(jì),二是內(nèi)置的相電流檢測(cè)功能優(yōu)化了系統(tǒng)性能,三是具備睡眠模式,待機(jī)功耗可以低至10mW。
采用新功率封裝、IHB架構(gòu),IC溫度降低30℃以上
BLDC憑借結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行效率高、低能耗、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)得到廣泛地應(yīng)用,尤其是在工業(yè)領(lǐng)域,其優(yōu)勢(shì)更加明顯。在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景,大功率無(wú)刷直流電機(jī)也越來(lái)越常見(jiàn),且已應(yīng)用在更多大功率產(chǎn)品中。對(duì)于應(yīng)用在大功率產(chǎn)品的電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC而言,如何提高散熱性能是必須解決的問(wèn)題。
PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan提到,傳統(tǒng)的BLDC驅(qū)動(dòng)逆變器通常會(huì)用到IPM模塊。IPM模塊集成了六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件在一個(gè)封裝當(dāng)中,由于發(fā)熱集中,它往往只適合功率不高的中低端的產(chǎn)品當(dāng)中。因?yàn)槿绻β蔬^(guò)大,散熱的問(wèn)題就會(huì)更難處理,一般會(huì)采用IPM模塊加外部金屬散熱片的方式。但是IPM模塊中多個(gè)功率開(kāi)關(guān)的損耗會(huì)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(shè)備震動(dòng)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。
在解決散熱的問(wèn)題上,BridgeSwitch-2采用外露的散熱焊盤(pán)將熱量傳導(dǎo)至PCB板,利用PCB板進(jìn)行散熱。針對(duì)不同的產(chǎn)品型號(hào),BridgeSwitch-2采用了不同的封裝方式。例如小功率電機(jī)應(yīng)用的型號(hào)延續(xù)緊湊型設(shè)計(jì)的InSOP-24C封裝,而高功率電機(jī)應(yīng)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(qiáng),所以也可以處理更高的輸出功率。
值得一提的是,BridgeSwitch-2采用集成半橋(IHB)架構(gòu),IHB架構(gòu)將熱量均勻分布于PCB板上并消除了集中發(fā)熱點(diǎn),可以將IC溫度降低30℃以上。IHB架構(gòu)還可提高設(shè)計(jì)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(jī)功耗低至10mW,IPH檢測(cè)電機(jī)磨損狀態(tài)的精準(zhǔn)度可達(dá)92.5%
在節(jié)能減碳的背景下,工業(yè)類(lèi)電機(jī)應(yīng)用在節(jié)能方面有了新的要求,例如歐盟ErP要求自2025年開(kāi)始待機(jī)能耗需要
電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片如何在功耗上有所創(chuàng)新呢?與第一代產(chǎn)品相比,PI將BridgeSwitch-2的驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)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(cè)原理是:當(dāng)微控制器檢測(cè)到設(shè)備處于待機(jī)工作狀態(tài)后,會(huì)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(shí)逆變器會(huì)采用自供電方式進(jìn)行操作,MCU會(huì)發(fā)出睡眠指令給到逆變器,從而讓BridgeSwitch-2器件進(jìn)入睡眠模式。
Jason Yan 表示,睡眠模式下整個(gè)驅(qū)動(dòng)器的功耗可以降至10mW以下,這樣系統(tǒng)更加易于滿(mǎn)足歐盟ERP待機(jī)功耗小于300mW的標(biāo)準(zhǔn)。這也意味著,使用BridgeSwitch-2的設(shè)備在待機(jī)模式可以實(shí)現(xiàn)的待機(jī)功能,因其可以提供更多可用的待機(jī)功率給負(fù)載。
在相電流檢測(cè)方面,傳統(tǒng)方法是采用外部電流檢測(cè)電阻的方式,但這有兩個(gè)劣勢(shì),一是可能會(huì)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(huì)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(cè)(IPH)功能提供了實(shí)時(shí)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(shí),該方式是在內(nèi)部來(lái)進(jìn)行檢測(cè),不會(huì)受到外圍噪聲的影響,可以更加精確地檢測(cè)相電流的信息。
相電流的檢測(cè)有著至關(guān)重要的作用,其中一個(gè)作用就是通過(guò)對(duì)相電流的分析可以判斷電機(jī)的使用壽命。傳統(tǒng)的基于分流器的檢測(cè)方式的準(zhǔn)確度僅為55%,BridgeSwitch-2的IPH檢測(cè)方式由于其對(duì)相電流的檢測(cè)更加精準(zhǔn),因而其對(duì)電機(jī)磨損估算的準(zhǔn)確度可以高達(dá)92.5%。
此外,電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不只依賴(lài)于硬件,還需要軟件的支持,它是一個(gè)軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)。PI發(fā)現(xiàn),很多客戶(hù)對(duì)整體解決方案的需求也在不斷增加,他們不只是需要廠(chǎng)商提供硬件的支持,也需要有更多可用的軟件調(diào)試工具來(lái)優(yōu)化電機(jī)的性能以及操作。因此PI在推出BridgeSwitch-2硬件的同時(shí),也推出了相配套的電機(jī)調(diào)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(hù)快速調(diào)試電機(jī)所用控制算法的軟件,縮短產(chǎn)品的入市時(shí)間?!凹词箍蛻?hù)不懂軟件,MotorXpert也能夠幫助客戶(hù)調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行參數(shù),達(dá)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(yīng)用;其高效、低待機(jī)的特點(diǎn)也使得整體設(shè)備更加高效節(jié)能且可實(shí)現(xiàn)更多的待機(jī)功能,改善用戶(hù)使用體驗(yàn)。精準(zhǔn)的相電流檢測(cè)使得終端客戶(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)“可預(yù)知”的設(shè)備維護(hù),從而縮短設(shè)備使用周期的宕機(jī)時(shí)間。我們相信,新品一定會(huì)對(duì)BLDC的廣泛應(yīng)用提供“一臂之力”。