PI第二代電機驅動IC面世！新增睡眠模式，可面向1馬力應用
電子發燒友網報道（文莫婷婷）隨著技術成熟以及成本的進一步降低，BLDC電機市場持續發展。與此同時，工業類電機等產品對節能有了新的要求，且用戶對家電設備使用體驗的要求也在不斷提升，這都讓無刷直流電機必須在技術上有所迭代，特別是作為BLDC關鍵元器件的電機驅動器IC。
就在近期，PI推出了全新高壓集成半橋（IHB）電機驅動器IC產品系列BridgeSwitch?-2，使得逆變器實現高達99%的變換效率，最高可適用于1馬力 （746W）的單相或三相電機的驅動應用。該產品具備三大特點，一是簡化散熱設計，二是內置的相電流檢測功能優化了系統性能，三是具備睡眠模式，待機功耗可以低至10mW。
采用新功率封裝、IHB架構，IC溫度降低30℃以上
BLDC憑借結構簡單、運行效率高、低能耗、長壽命等優勢得到廣泛地應用，尤其是在工業領域，其優勢更加明顯。在工業應用場景，大功率無刷直流電機也越來越常見，且已應用在更多大功率產品中。對于應用在大功率產品的電機驅動IC而言，如何提高散熱性能是必須解決的問題。
PI資深技術培訓經理Jason Yan提到，傳統的BLDC驅動逆變器通常會用到IPM模塊。IPM模塊集成了六個功率開關器件在一個封裝當中，由于發熱集中，它往往只適合功率不高的中低端的產品當中。因為如果功率過大，散熱的問題就會更難處理，一般會采用IPM模塊加外部金屬散熱片的方式。但是IPM模塊中多個功率開關的損耗會造成集中發熱的現象，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以及設備震動實驗問題。
在解決散熱的問題上，BridgeSwitch-2采用外露的散熱焊盤將熱量傳導至PCB板，利用PCB板進行散熱。針對不同的產品型號，BridgeSwitch-2采用了不同的封裝方式。例如小功率電機應用的型號延續緊湊型設計的InSOP-24C封裝，而高功率電機應用則采用新出的InSOP-L38封裝，因其封裝體積更大，本身散熱能力也更強，所以也可以處理更高的輸出功率。
BridgeSwitch-2封裝（圖源：PI）
值得一提的是，BridgeSwitch-2采用集成半橋（IHB）架構，IHB架構將熱量均勻分布于PCB板上并消除了集中發熱點，可以將IC溫度降低30℃以上。IHB架構還可提高設計的靈活性和可靠性，元件數量可以減少50%，PCB板空間則可以減少30%。
待機功耗低至10mW，IPH檢測電機磨損狀態的精準度可達92.5%
在節能減碳的背景下，工業類電機應用在節能方面有了新的要求，例如歐盟ErP要求自2025年開始待機能耗需要<300mW，洗碗機必須增加30%的效率等。此外，印度對于吊扇應用其致力于50%的節能目標。要知道，現在印度家庭約有8億個吊扇在使用，且采用的是低效的單相感應電機。
電機驅動芯片如何在功耗上有所創新呢？與第一代產品相比，PI將BridgeSwitch-2的驅動電壓調整為15V，從而兼容現有的IPM模塊方案的供電電壓。此外，該方案還加入了睡眠模式。檢測原理是：當微控制器檢測到設備處于待機工作狀態后，會給輔助供電電源發出降低輸出電壓的指令，降低給逆變器供電的電壓，此時逆變器會采用自供電方式進行操作，MCU會發出睡眠指令給到逆變器，從而讓BridgeSwitch-2器件進入睡眠模式。
Jason Yan 表示，睡眠模式下整個驅動器的功耗可以降至10mW以下，這樣系統更加易于滿足歐盟ERP待機功耗小于300mW的標準。這也意味著，使用BridgeSwitch-2的設備在待機模式可以實現的待機功能，因其可以提供更多可用的待機功率給負載。
在相電流檢測方面，傳統方法是采用外部電流檢測電阻的方式，但這有兩個劣勢，一是可能會損傷效率，二是這種方式需要額外的電路，在一定程度上也會增加系統成本。不同于傳統的方式，BridgeSwitch-2集成的相電流檢測（IPH）功能提供了實時的相電流信息，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，該方式是在內部來進行檢測，不會受到外圍噪聲的影響，可以更加精確地檢測相電流的信息。
相電流的檢測有著至關重要的作用，其中一個作用就是通過對相電流的分析可以判斷電機的使用壽命。傳統的基于分流器的檢測方式的準確度僅為55%，BridgeSwitch-2的IPH檢測方式由于其對相電流的檢測更加精準，因而其對電機磨損估算的準確度可以高達92.5%。
此外，電機的運轉不只依賴于硬件，還需要軟件的支持，它是一個軟硬件結合的系統。PI發現，很多客戶對整體解決方案的需求也在不斷增加，他們不只是需要廠商提供硬件的支持，也需要有更多可用的軟件調試工具來優化電機的性能以及操作。因此PI在推出BridgeSwitch-2硬件的同時，也推出了相配套的電機調試軟件——MotorXpert?軟件套件。
BridgeSwitch-2由MotorXpert軟件套件提供支持，能夠幫助客戶快速調試電機所用控制算法的軟件，縮短產品的入市時間。“即使客戶不懂軟件，MotorXpert也能夠幫助客戶調整電機的運行參數，達到最佳的匹配效果”，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應用；其高效、低待機的特點也使得整體設備更加高效節能且可實現更多的待機功能，改善用戶使用體驗。精準的相電流檢測使得終端客戶能夠實現“可預知”的設備維護，從而縮短設備使用周期的宕機時間。我們相信，新品一定會對BLDC的廣泛應用提供“一臂之力”。
