隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷普及，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的一部分。 早已走入千家萬(wàn)戶的冰箱、暖通空調(diào)、洗碗機(jī)、油煙機(jī)熱泵、循環(huán)泵、吊扇、滾筒洗衣機(jī)、研磨機(jī)、攪拌機(jī)等的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備停工，給用戶帶來(lái)不便。那么如何防止突發(fā)故障呢？為此預(yù)測(cè)性維護(hù)不可缺少。

我們知道電機(jī)的好壞可經(jīng)由對(duì)相電流的分析加以預(yù)測(cè)。對(duì)比傳統(tǒng)的基于分流器的檢測(cè)方式，Power Integrations(以下簡(jiǎn)稱PI)新推出的適用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的完美解決方案BridgeSwitch-2的IPH的檢測(cè)方式測(cè)量電流更精確，這樣對(duì)故障預(yù)判的準(zhǔn)確度可達(dá)到92.5%。并且在可以更精確地預(yù)測(cè)電機(jī)的維護(hù)狀態(tài)的同時(shí)，無(wú)刷直流逆變器在不工作時(shí)還可設(shè)定進(jìn)入睡眠模式，從而將驅(qū)動(dòng)器功耗降至10mW以下，兼具成本效益。

BridgeSwitch-2 IC——BridgeSwitch系列的優(yōu)秀繼承者

節(jié)能指令的新要求正深刻地改變著工業(yè)類電機(jī)應(yīng)用。歐盟計(jì)劃到2035年節(jié)省2000億美元的能耗，為此提高了家電綠色標(biāo)識(shí)門檻，比如洗碗機(jī)必須增加30%的效率，才能使用家電綠色標(biāo)識(shí)，以及要求自2025年開始待機(jī)能耗需要小于300mW。而印度對(duì)于數(shù)量龐大的低效的采用單相感應(yīng)電機(jī)的吊扇應(yīng)用也致力于實(shí)現(xiàn)50%的節(jié)能目標(biāo)。還有企業(yè)為滿足用戶更好使用體驗(yàn)的需求而進(jìn)行的產(chǎn)品改進(jìn)，這些無(wú)疑都會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大無(wú)刷直流電機(jī)的使用規(guī)模。

BridgeSwitch是PI推出的適用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的完美解決方案，可以滿足新興市場(chǎng)應(yīng)用的更高要求。6月11日上新的升級(jí)版BridgeSwitch-2 IC產(chǎn)品更是在第一代BridgeSwitch IC產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了功率，完美適用于高達(dá)1馬力(746W)功率的電機(jī)應(yīng)用。同時(shí)可進(jìn)入“睡眠”模式，將驅(qū)動(dòng)器功耗降至10mW以下，待機(jī)功耗更低，壽命更長(zhǎng)。新功率封裝提供適用于緊湊型設(shè)計(jì)的InSOP-24C封裝和適用于高功率電機(jī)應(yīng)用的InSOP-L38封裝，外露的散熱焊盤便于熱量從BridgeSwitch-2 IC傳導(dǎo)至PCB板，優(yōu)化了器件的溫升性能。

具有很低導(dǎo)通電阻的FREDFET在BridgeSwitch系列的所有型號(hào)產(chǎn)品中都得到了運(yùn)用，它可以降低導(dǎo)通損耗和EMI。BridgeSwitch-2 IC內(nèi)部同樣集成上管和下管的驅(qū)動(dòng)以及兩個(gè)性能加強(qiáng)的FREDFET，內(nèi)部采用無(wú)損耗的電流檢測(cè)，使用BridgeSwitch-2產(chǎn)品的逆變器在使用外部供電情況下具有高達(dá)99%的效率。此外，BridgeSwitch-2無(wú)需輔助電源也可持續(xù)工作，從而進(jìn)一步減小PCB面積和減少元件數(shù)量。

無(wú)刷直流逆變器不工作時(shí)可設(shè)定進(jìn)入睡眠模式，從而將驅(qū)動(dòng)器功耗降至10mW以下。這意味著在規(guī)定的待機(jī)功耗限值下，可以為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入和監(jiān)控等功能的電路負(fù)載提供更多的可用功率。

在介紹BridgeSwitch-2的睡眠指令重新設(shè)置功率架構(gòu)時(shí)，PI的技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光先生表示，BridgeSwitch-2的工作方式首先是微控制器檢測(cè)到“睡眠工作條件”，而后，指示由LinkSwitch-XT2 SR構(gòu)成的輔助電源降低給BridgeSwitch-2 IC供電的輸出電壓，BridgeSwitch-2檢測(cè)到電壓降低之后，BridgeSwitch-2改為自供電工作模式，再之后，微控制器強(qiáng)制BridgeSwitch-2進(jìn)入睡眠模式，最后逆變器變換級(jí)空載功耗降低至10mW，進(jìn)入“睡眠模式”。

BridgeSwitch系列產(chǎn)品還具有一項(xiàng)市場(chǎng)上獨(dú)有的相電流檢測(cè)(IPH)功能，也就是對(duì)流經(jīng)下管FREDFET的電機(jī)電流加以鏡像檢測(cè)，內(nèi)部的增益放大電路僅需要使用一個(gè)外部的小信號(hào)電阻即可。通過(guò)內(nèi)置的相電流(IPH)信息實(shí)時(shí)報(bào)告功能，可實(shí)現(xiàn)精確的電機(jī)控制?；贗PH的電流信息也可省去90%的電流反饋電路并將逆變器損耗減少10%以上，同時(shí)降低了BOM成本，提升了系統(tǒng)效率。

電機(jī)的好壞可經(jīng)由對(duì)相電流的分析加以預(yù)測(cè)。對(duì)比傳統(tǒng)的基于分流器的檢測(cè)方式，BridgeSwitch-2的IPH的檢測(cè)方式測(cè)量電流更精確，這樣其對(duì)故障偵測(cè)的準(zhǔn)確度可達(dá)到92.5%，并且可以更精確地預(yù)測(cè)電機(jī)的維護(hù)狀態(tài)且兼具成本效益。

傳統(tǒng)的采用分立或IPM方案的逆變器依賴于軟件執(zhí)行系統(tǒng)保護(hù)，比如過(guò)壓或過(guò)流故障條件下。這樣會(huì)增加軟件的開發(fā)周期及成本。BridgeSwitch內(nèi)建的基于硬件的過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)機(jī)制不依賴于軟件，可以在不需要MCU介入的情況下保護(hù)逆變器和系統(tǒng)。為了使系統(tǒng)MCU在任何時(shí)間了解系統(tǒng)的狀況，BridgeSwitch不只是對(duì)其本身提供保護(hù)，還將故障情況以故障總線的方式（僅需要2kB的內(nèi)存代碼）匯報(bào)給MCU。特別對(duì)于出口至美國(guó)和歐盟的產(chǎn)品型號(hào)，根據(jù)IEC 60730‐1 標(biāo)準(zhǔn)，需要滿足Class A的系統(tǒng)軟件，而這會(huì)多花2個(gè)月的產(chǎn)品認(rèn)證時(shí)間。BridgeSwitch-2 IC同樣具有內(nèi)置直流過(guò)壓保護(hù)和電流限制功能，無(wú)需依賴系統(tǒng)軟件即可保護(hù)逆變器和系統(tǒng)?？蛇x擇錯(cuò)誤標(biāo)志或全面的故障母線報(bào)告功能來(lái)滿足各種系統(tǒng)要求。

新功率封裝以及高效的特點(diǎn)優(yōu)化了器件的溫升性能，簡(jiǎn)化了散熱設(shè)計(jì)。BridgeSwitch-2 IC采用集成半橋(IHB)架構(gòu)消除了系統(tǒng)中的集中發(fā)熱點(diǎn)，可將IC溫度降低30℃以上，并且提高了設(shè)計(jì)的靈活性和可靠性，同時(shí)大幅減少元件數(shù)量，節(jié)省PCB面積。

閻先生解釋說(shuō)：“PI Expert可以對(duì)所有的溫升做預(yù)估，這些均基于目標(biāo)應(yīng)用的逆變器輸出功率。如果輸出功率是200W，可以估算出逆變器效率為98%。再根據(jù)熱阻、損耗估算出BridgeSwitch-2 IC溫度是61℃，也就能估算出應(yīng)該用多大的PCB面積來(lái)散熱?！?

軟硬件默契配合，1+1＞2

BridgeSwitch-2由Power Integrations的MotorXpert軟件套件提供支持，其中包括單相梯形控制和三相無(wú)傳感器磁場(chǎng)定向控制(FOC)模塊。BridgeSwitch-2和MotorXpert的組合提供了一款增強(qiáng)型BLDC軟硬件組合解決方案，可縮短家電設(shè)備的宕機(jī)時(shí)間，優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)極少的整體元件數(shù)目、極高的效率和精確的電機(jī)控制，同時(shí)加快逆變器的開發(fā)速度，縮短產(chǎn)品入市時(shí)間，又易于滿足歐盟ErP待機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。

閻先生表示：MotorXpert是一款PI開發(fā)的安裝在手提或臺(tái)式電腦上的軟件。通過(guò)對(duì)一個(gè)單相或三相電機(jī)的接口板連接到BridgeSwitch-2逆變器上，得到故障信息并發(fā)送PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)等，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)整優(yōu)化。

MotorXpert提供用于電機(jī)啟動(dòng)及性能優(yōu)化的圖形用戶界面，可以實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的啟動(dòng)/停止，可以設(shè)置電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間和轉(zhuǎn)數(shù)、啟機(jī)過(guò)程、各項(xiàng)應(yīng)用參數(shù)及保護(hù)特性等。非專業(yè)的軟件設(shè)計(jì)人員也可以直觀地對(duì)電機(jī)調(diào)整過(guò)程做參數(shù)的設(shè)定以及觀看反饋，同時(shí)生成電機(jī)配置文件。

Power Integrations產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Cristian Ionescu-Catrina表示：“從啟動(dòng)到性能優(yōu)化，MotorXpert基于GUI的工具“終端仿真器”和符合MISRA C標(biāo)準(zhǔn)的代碼庫(kù)大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，可實(shí)時(shí)優(yōu)化電機(jī)工作架構(gòu)，無(wú)需重復(fù)更新固件。BridgeSwitch-2可與任何微處理器搭配使用，易于在現(xiàn)有系統(tǒng)中采用 - 這一點(diǎn)對(duì)于工程師更新設(shè)計(jì)以滿足更嚴(yán)格的待機(jī)法規(guī)非常重要?！?

總結(jié)來(lái)說(shuō)，BridgeSwitch-2和MotorXpert簡(jiǎn)化了電機(jī)設(shè)計(jì)、增加了效率、降低了空載功耗。BridgeSwitch-2可以完美適用于高達(dá)1馬力功率的電機(jī)應(yīng)用，包括冰箱壓縮機(jī)、暖通空調(diào)、洗碗機(jī)、油煙機(jī)熱泵、循環(huán)泵、吊扇、滾筒洗衣機(jī)、研磨機(jī)、攪拌機(jī)等，同時(shí)使用MotorXpert的整體解決方案簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，可驅(qū)動(dòng)單相及三相電機(jī)。BridgeSwitch-2的很多保護(hù)功能可以通過(guò)硬件連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以加快產(chǎn)品入市時(shí)間。并且通過(guò)IPH引腳可以獲取更加簡(jiǎn)單、更加精確的電流信息，不會(huì)受噪音的影響，可以縮短使用電機(jī)設(shè)備的宕機(jī)時(shí)間。目前可以提供量產(chǎn)訂單及樣品，InSOP-28C封裝將于2024年第二季度末入市。