能“睡眠”还能预测寿命！BridgeSwitch-2解决电机驱动大难题

随着工业自动化的不断普及，电机驱动系统已经成为现代工业中不可或缺的一部分。 早已走入千家万户的冰箱、暖通空调、洗碗机、油烟机热泵、循环泵、吊扇、滚筒洗衣机、研磨机、搅拌机等的电机驱动系统一旦出现故障，可能会导致整个设备停工，给用户带来不便。那么如何防止突发故障呢？为此预测性维护不可缺少。

我们知道电机的好坏可经由对相电流的分析加以预测。对比传统的基于分流器的检测方式，Power Integrations(以下简称PI)新推出的适用于电机驱动的完美解决方案BridgeSwitch-2的IPH的检测方式测量电流更精确，这样对故障预判的准确度可达到92.5%。并且在可以更精确地预测电机的维护状态的同时，无刷直流逆变器在不工作时还可设定进入睡眠模式，从而将驱动器功耗降至10mW以下，兼具成本效益。

BridgeSwitch-2 IC——BridgeSwitch系列的优秀继承者

节能指令的新要求正深刻地改变着工业类电机应用。欧盟计划到2035年节省2000亿美元的能耗，为此提高了家电绿色标识门槛，比如洗碗机必须增加30%的效率，才能使用家电绿色标识，以及要求自2025年开始待机能耗需要小于300mW。而印度对于数量庞大的低效的采用单相感应电机的吊扇应用也致力于实现50%的节能目标。还有企业为满足用户更好使用体验的需求而进行的产品改进，这些无疑都会进一步扩大无刷直流电机的使用规模。

BridgeSwitch是PI推出的适用于电机驱动的完美解决方案，可以满足新兴市场应用的更高要求。6月11日上新的升级版BridgeSwitch-2 IC产品更是在第一代BridgeSwitch IC产品的基础上，进一步提高了功率，完美适用于高达1马力(746W)功率的电机应用。同时可进入“睡眠”模式，将驱动器功耗降至10mW以下，待机功耗更低，寿命更长。新功率封装提供适用于紧凑型设计的InSOP-24C封装和适用于高功率电机应用的InSOP-L38封装，外露的散热焊盘便于热量从BridgeSwitch-2 IC传导至PCB板，优化了器件的温升性能。

具有很低导通电阻的FREDFET在BridgeSwitch系列的所有型号产品中都得到了运用，它可以降低导通损耗和EMI。BridgeSwitch-2 IC内部同样集成上管和下管的驱动以及两个性能加强的FREDFET，内部采用无损耗的电流检测，使用BridgeSwitch-2产品的逆变器在使用外部供电情况下具有高达99%的效率。此外，BridgeSwitch-2无需辅助电源也可持续工作，从而进一步减小PCB面积和减少元件数量。

无刷直流逆变器不工作时可设定进入睡眠模式，从而将驱动器功耗降至10mW以下。这意味着在规定的待机功耗限值下，可以为实现网络接入和监控等功能的电路负载提供更多的可用功率。

在介绍BridgeSwitch-2的睡眠指令重新设置功率架构时，PI的技术培训经理阎金光先生表示，BridgeSwitch-2的工作方式首先是微控制器检测到“睡眠工作条件”，而后，指示由LinkSwitch-XT2 SR构成的辅助电源降低给BridgeSwitch-2 IC供电的输出电压，BridgeSwitch-2检测到电压降低之后，BridgeSwitch-2改为自供电工作模式，再之后，微控制器强制BridgeSwitch-2进入睡眠模式，最后逆变器变换级空载功耗降低至10mW，进入“睡眠模式”。

BridgeSwitch系列产品还具有一项市场上独有的相电流检测(IPH)功能，也就是对流经下管FREDFET的电机电流加以镜像检测，内部的增益放大电路仅需要使用一个外部的小信号电阻即可。通过内置的相电流(IPH)信息实时报告功能，可实现精确的电机控制。基于IPH的电流信息也可省去90%的电流反馈电路并将逆变器损耗减少10%以上，同时降低了BOM成本，提升了系统效率。

电机的好坏可经由对相电流的分析加以预测。对比传统的基于分流器的检测方式，BridgeSwitch-2的IPH的检测方式测量电流更精确，这样其对故障侦测的准确度可达到92.5%，并且可以更精确地预测电机的维护状态且兼具成本效益。

传统的采用分立或IPM方案的逆变器依赖于软件执行系统保护，比如过压或过流故障条件下。这样会增加软件的开发周期及成本。BridgeSwitch内建的基于硬件的过流和过压保护机制不依赖于软件，可以在不需要MCU介入的情况下保护逆变器和系统。为了使系统MCU在任何时间了解系统的状况，BridgeSwitch不只是对其本身提供保护，还将故障情况以故障总线的方式（仅需要2kB的内存代码）汇报给MCU。特别对于出口至美国和欧盟的产品型号，根据IEC 60730‐1 标准，需要满足Class A的系统软件，而这会多花2个月的产品认证时间。BridgeSwitch-2 IC同样具有内置直流过压保护和电流限制功能，无需依赖系统软件即可保护逆变器和系统。可选择错误标志或全面的故障母线报告功能来满足各种系统要求。

新功率封装以及高效的特点优化了器件的温升性能，简化了散热设计。BridgeSwitch-2 IC采用集成半桥(IHB)架构消除了系统中的集中发热点，可将IC温度降低30℃以上，并且提高了设计的灵活性和可靠性，同时大幅减少元件数量，节省PCB面积。

阎先生解释说：“PI Expert可以对所有的温升做预估，这些均基于目标应用的逆变器输出功率。如果输出功率是200W，可以估算出逆变器效率为98%。再根据热阻、损耗估算出BridgeSwitch-2 IC温度是61℃，也就能估算出应该用多大的PCB面积来散热。”

软硬件默契配合，1+1＞2

BridgeSwitch-2由Power Integrations的MotorXpert软件套件提供支持，其中包括单相梯形控制和三相无传感器磁场定向控制(FOC)模块。BridgeSwitch-2和MotorXpert的组合提供了一款增强型BLDC软硬件组合解决方案，可缩短家电设备的宕机时间，优化散热设计，实现极少的整体元件数目、极高的效率和精确的电机控制，同时加快逆变器的开发速度，缩短产品入市时间，又易于满足欧盟ErP待机标准。

阎先生表示：MotorXpert是一款PI开发的安装在手提或台式电脑上的软件。通过对一个单相或三相电机的接口板连接到BridgeSwitch-2逆变器上，得到故障信息并发送PWM驱动信号等，以实现电机的实时调整优化。

MotorXpert提供用于电机启动及性能优化的图形用户界面，可以实现控制电机的启动/停止，可以设置电机的启动时间和转数、启机过程、各项应用参数及保护特性等。非专业的软件设计人员也可以直观地对电机调整过程做参数的设定以及观看反馈，同时生成电机配置文件。

Power Integrations产品营销经理Cristian Ionescu-Catrina表示：“从启动到性能优化，MotorXpert基于GUI的工具“终端仿真器”和符合MISRA C标准的代码库大大简化了设计过程，可实时优化电机工作架构，无需重复更新固件。BridgeSwitch-2可与任何微处理器搭配使用，易于在现有系统中采用 - 这一点对于工程师更新设计以满足更严格的待机法规非常重要。”

总结来说，BridgeSwitch-2和MotorXpert简化了电机设计、增加了效率、降低了空载功耗。BridgeSwitch-2可以完美适用于高达1马力功率的电机应用，包括冰箱压缩机、暖通空调、洗碗机、油烟机热泵、循环泵、吊扇、滚筒洗衣机、研磨机、搅拌机等，同时使用MotorXpert的整体解决方案简化了设计，可驱动单相及三相电机。BridgeSwitch-2的很多保护功能可以通过硬件连接来实现，这样可以加快产品入市时间。并且通过IPH引脚可以获取更加简单、更加精确的电流信息，不会受噪音的影响，可以缩短使用电机设备的宕机时间。目前可以提供量产订单及样品，InSOP-28C封装将于2024年第二季度末入市。