PI進(jìn)入電機(jī)驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng) 推出首款BridgeSwitch IHB的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

近日，專注于高壓集成電路高能效電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的Power Intergration（PI）宣布進(jìn)入電機(jī)驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)，并推出首款BridgeSwitch集成半橋電路（IHB）的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC產(chǎn)品。該產(chǎn)品繼承了PI一直以來優(yōu)秀的產(chǎn)品基因，并加入了一些對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)獨(dú)特的理解。

如今的PI官網(wǎng)上，已經(jīng)展現(xiàn)出了四個(gè)產(chǎn)品線，這也就意味著電機(jī)驅(qū)動(dòng)正式成為PI旗下一個(gè)重要板塊。

PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光表示，電源是功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)也是功率轉(zhuǎn)換，兩者有很多想通性，這也是為何大部分電源管理公司都有電機(jī)驅(qū)動(dòng)相關(guān)產(chǎn)品的原因。

PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全社會(huì)約有一半以上的耗電量發(fā)生在電機(jī)領(lǐng)域，因此如何把電機(jī)設(shè)計(jì)得更節(jié)電，是企業(yè)同時(shí)也是全社會(huì)的責(zé)任，作為致力于提供更高能效產(chǎn)品，降低系統(tǒng)工作及待機(jī)功耗的PI來說，進(jìn)入電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域有助于幫助更多產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)低功耗技術(shù)。

而從PI的核心技術(shù)來講，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器也是完全符合其特點(diǎn)的。首先PI在系統(tǒng)和應(yīng)用上有豐富的客戶資源、完整的know-how知識(shí)體系；其次是PI積累了大量的高壓高功率技術(shù)資源；第三是在功率器件的封裝方面，擁有自己的創(chuàng)新技術(shù)；第四則是在集成工藝上擁有自己的一套差異化特性。

如圖，除了BridgeSwitch，其他家族系列的產(chǎn)品都是此前推出的，針對(duì)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不同應(yīng)用的產(chǎn)品。BridgeSwitch系列則是PI第一款針對(duì)無刷直流電機(jī)（BLDC）驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用開發(fā)出的產(chǎn)品。

BLDC電機(jī)市場(chǎng)應(yīng)用廣泛

BLDC（無刷直流）電機(jī)主要由用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器（可有可無）組成。相對(duì)于傳統(tǒng)的有刷電機(jī)，其高效、高壽命、低噪聲的特點(diǎn)使其具備更好的用戶體驗(yàn)。結(jié)構(gòu)上它們有一個(gè)明顯的區(qū)別：無刷直流電機(jī)沒有直流電機(jī)中的換向器和電刷，取而代之的是位置傳感器。利用轉(zhuǎn)子位置的信息由微處理器控制逆變電路中的開關(guān)實(shí)現(xiàn)電機(jī)中繞組中電流的換向，這樣，電機(jī)結(jié)構(gòu)就相對(duì)簡(jiǎn)單，降低了電機(jī)的制造和維護(hù)成本。無刷直流電機(jī)利用電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)換向的代價(jià)是電機(jī)控制器成本的提高（如對(duì)于三相直流電機(jī)，需要由6只開關(guān)管組成的逆變器外加提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的微處理器電路來實(shí)現(xiàn)）。

對(duì)于BLDC電機(jī)來說，既具有直流電機(jī)良好的調(diào)速性能等特點(diǎn)，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無換向火花、運(yùn)行可靠和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用在各種家電行業(yè)及工業(yè)用泵中。

如圖所示，根據(jù)預(yù)測(cè)，未來家電產(chǎn)量仍將繼續(xù)增加，同時(shí)對(duì)于BLDC電機(jī)的需求也在持續(xù)增加。

全新BridgeSwitch系列產(chǎn)品介紹

閻金光介紹了PI BridgeSwitch產(chǎn)品相比較傳統(tǒng)的IPM模塊（智能功率模塊），具有三大特性，包括驅(qū)動(dòng)效率更高，自供電以及智能化。

BridgeSwitch系列擁有從30W-300W的功率范圍選擇，最大轉(zhuǎn)換效率可達(dá)98.5%。

BridgeSwitch架構(gòu)框圖

無需散熱片的解決方案

首先對(duì)于效率來說，由于其采用了600 V FREDFET（Fast Recovery Epitaxial Diode FET具有快恢復(fù)外延型二極管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管）分別用于半橋電路的上管和下管，且具有無損耗的電流檢測(cè)功能。FREDFET具有極低的Qrr和軟恢復(fù)特性，使得開關(guān)切換損耗降低，也使得EMI降低，因此效率可達(dá)最大化，同時(shí)也讓控制更加精準(zhǔn)。

如圖所示，相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，PI的FREDFET產(chǎn)品擁有更短的恢復(fù)時(shí)間，更小的反向電流以及更少的切換功耗。

通過效率提升，減少了發(fā)熱量，同時(shí)由三顆器件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)模塊相比傳統(tǒng)IPM的熱耗散更加平均，不但可以滿足更高的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，還可以直接通過PCB散熱，降低散熱成本，甚至可將產(chǎn)品直接與電機(jī)封裝在一起，從而實(shí)現(xiàn)更多小型化設(shè)計(jì)。

如果以輸入功率為260W的應(yīng)用為例，逆變器從97%的效率提高到98%，僅消耗5.2W，相對(duì)于7.8W@97%來說，減少了33%的功耗損失，這也就意味著減少33%的發(fā)熱量。

更智能的驅(qū)動(dòng)器

IPM模塊被稱為智慧型功率模塊，但和BridgeSwitch相比，就顯得沒那么智慧了。

BridgeSwitch支持傳統(tǒng)的過流、欠壓/過壓及過溫保護(hù)，且通過簡(jiǎn)單的單線故障報(bào)告總線即可完成器件與MCU之間的故障通訊，更節(jié)約MCU端口。此外，對(duì)于檢測(cè)保護(hù)輸入，用戶還可根據(jù)其具體應(yīng)用需要自定義。從而使得整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有更加完善的保護(hù)特性。相比而言，IPM模塊只是自動(dòng)切斷，而不會(huì)告知MCU具體故障狀態(tài)。

BridgeSwitch采用的是硬件方式的獨(dú)立的逐周期上管、下管過流保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)在電機(jī)工作異常時(shí)仍能可靠動(dòng)作。硬件方式實(shí)現(xiàn)的保護(hù)可以符合IEC & UL安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)60730-1 & 60335-1關(guān)于故障情況下的安規(guī)保護(hù)要求，相比軟件保護(hù)來說，可以大大節(jié)省軟件認(rèn)證成本，提高軟件的代碼執(zhí)行效率。閻金光介紹道，軟件保護(hù)最初的IEC 或UL安規(guī)認(rèn)證非常昂貴且費(fèi)時(shí)，而當(dāng)軟件更新后，還要重新認(rèn)證，此外，在進(jìn)行OTA（空中下載技術(shù)）升級(jí)時(shí)，還需要額外的軟件完整性校驗(yàn)。而采用硬件實(shí)現(xiàn)的話則可以降低安規(guī)方面對(duì)軟件實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)的要求，省去大量軟件方面的認(rèn)證工作。

BridgeSwitch支持各類電機(jī)類型及各種控制算法，包括FOC、六步換向及正弦控制等，目前PI的工程師已經(jīng)開發(fā)了三款參考設(shè)計(jì)，以方便工程師進(jìn)行理解與評(píng)估。

PI針對(duì)BridgeSwitch的參考設(shè)計(jì)

更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)

通過集成各種智能檢測(cè)功能，使得設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)化。此外，BridgeSwitch直接可以使用高壓直流母線電壓進(jìn)行自供電，而不需要額外的輔助供電，可以簡(jiǎn)化輔助供電電源的設(shè)計(jì)，此項(xiàng)技術(shù)也是延續(xù)了PI在其他產(chǎn)品中所用到的技術(shù)。這樣，使用更簡(jiǎn)單的降壓型單輸出輔助供電電源即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作。

同時(shí)，BridgeSwitch采用InSOP-24C封裝，具有兩個(gè)裸露焊盤，方便進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。

對(duì)于全新BridgeSwitch系列產(chǎn)品，PI高級(jí)產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理CrisTIan Ionescu-Catrina表示：“我們重新審視了迅猛增長(zhǎng)的BLDC市場(chǎng)所面臨的挑戰(zhàn)，以及全球范圍內(nèi)日益嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，于是推出了既可實(shí)現(xiàn)能源和空間節(jié)省，又能精簡(jiǎn)BOM的創(chuàng)新解決方案。新方案不僅能輕松符合安全標(biāo)準(zhǔn)，還能簡(jiǎn)化電路和縮短開發(fā)時(shí)間?！?/p>

BridgeSwitch是PI進(jìn)入BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)的敲門磚，首款產(chǎn)品就具有如此眾多特色實(shí)屬不易，相信未來隨著PI繼續(xù)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域深耕，將會(huì)給電機(jī)市場(chǎng)帶來更多革新。