隨著工業(yè)自動化的不斷普及，電機驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的一部分。 早已走入千家萬戶的冰箱、暖通空調(diào)、洗碗機、油煙機熱泵、循環(huán)泵、吊扇、滾筒洗衣機、研磨機、攪拌機等的電機驅(qū)動系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，可能會導致整個設備停工，給用戶帶來不便。那么如何防止突發(fā)故障呢？為此預測性維護不可缺少。

我們知道電機的好壞可經(jīng)由對相電流的分析加以預測。對比傳統(tǒng)的基于分流器的檢測方式，Power Integrations(以下簡稱PI)新推出的適用于電機驅(qū)動的完美解決方案BridgeSwitch-2的IPH的檢測方式測量電流更精確，這樣對故障預判的準確度可達到92.5%。并且在可以更精確地預測電機的維護狀態(tài)的同時，無刷直流逆變器在不工作時還可設定進入睡眠模式，從而將驅(qū)動器功耗降至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)類電機應用。歐盟計劃到2035年節(jié)省2000億美元的能耗，為此提高了家電綠色標識門檻，比如洗碗機必須增加30%的效率，才能使用家電綠色標識，以及要求自2025年開始待機能耗需要小于300mW。而印度對于數(shù)量龐大的低效的采用單相感應電機的吊扇應用也致力于實現(xiàn)50%的節(jié)能目標。還有企業(yè)為滿足用戶更好使用體驗的需求而進行的產(chǎn)品改進，這些無疑都會進一步擴大無刷直流電機的使用規(guī)模。

BridgeSwitch是PI推出的適用于電機驅(qū)動的完美解決方案，可以滿足新興市場應用的更高要求。6月11日上新的升級版BridgeSwitch-2 IC產(chǎn)品更是在第一代BridgeSwitch IC產(chǎn)品的基礎上，進一步提高了功率，完美適用于高達1馬力(746W)功率的電機應用。同時可進入“睡眠”模式，將驅(qū)動器功耗降至10mW以下，待機功耗更低，壽命更長。新功率封裝提供適用于緊湊型設計的InSOP-24C封裝和適用于高功率電機應用的InSOP-L38封裝，外露的散熱焊盤便于熱量從BridgeSwitch-2 IC傳導至PCB板，優(yōu)化了器件的溫升性能。

具有很低導通電阻的FREDFET在BridgeSwitch系列的所有型號產(chǎn)品中都得到了運用，它可以降低導通損耗和EMI。BridgeSwitch-2 IC內(nèi)部同樣集成上管和下管的驅(qū)動以及兩個性能加強的FREDFET，內(nèi)部采用無損耗的電流檢測，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99%的效率。此外，BridgeSwitch-2無需輔助電源也可持續(xù)工作，從而進一步減小PCB面積和減少元件數(shù)量。

無刷直流逆變器不工作時可設定進入睡眠模式，從而將驅(qū)動器功耗降至10mW以下。這意味著在規(guī)定的待機功耗限值下，可以為實現(xiàn)網(wǎng)絡接入和監(jiān)控等功能的電路負載提供更多的可用功率。

在介紹BridgeSwitch-2的睡眠指令重新設置功率架構(gòu)時，PI的技術(shù)培訓經(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，微控制器強制BridgeSwitch-2進入睡眠模式，最后逆變器變換級空載功耗降低至10mW，進入“睡眠模式”。

BridgeSwitch系列產(chǎn)品還具有一項市場上獨有的相電流檢測(IPH)功能，也就是對流經(jīng)下管FREDFET的電機電流加以鏡像檢測，內(nèi)部的增益放大電路僅需要使用一個外部的小信號電阻即可。通過內(nèi)置的相電流(IPH)信息實時報告功能，可實現(xiàn)精確的電機控制?；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，同時降低了BOM成本，提升了系統(tǒng)效率。

電機的好壞可經(jīng)由對相電流的分析加以預測。對比傳統(tǒng)的基于分流器的檢測方式，BridgeSwitch-2的IPH的檢測方式測量電流更精確，這樣其對故障偵測的準確度可達到92.5%，并且可以更精確地預測電機的維護狀態(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，比如過壓或過流故障條件下。這樣會增加軟件的開發(fā)周期及成本。BridgeSwitch內(nèi)建的基于硬件的過流和過壓保護機制不依賴于軟件，可以在不需要MCU介入的情況下保護逆變器和系統(tǒng)。為了使系統(tǒng)MCU在任何時間了解系統(tǒng)的狀況，BridgeSwitch不只是對其本身提供保護，還將故障情況以故障總線的方式（僅需要2kB的內(nèi)存代碼）匯報給MCU。特別對于出口至美國和歐盟的產(chǎn)品型號，根據(jù)IEC 60730‐1 標準，需要滿足Class A的系統(tǒng)軟件，而這會多花2個月的產(chǎn)品認證時間。BridgeSwitch-2 IC同樣具有內(nèi)置直流過壓保護和電流限制功能，無需依賴系統(tǒng)軟件即可保護逆變器和系統(tǒng)。可選擇錯誤標志或全面的故障母線報告功能來滿足各種系統(tǒng)要求。

新功率封裝以及高效的特點優(yōu)化了器件的溫升性能，簡化了散熱設計。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，可將IC溫度降低30℃以上，并且提高了設計的靈活性和可靠性，同時大幅減少元件數(shù)量，節(jié)省PCB面積。

閻先生解釋說：“PI Expert可以對所有的溫升做預估，這些均基于目標應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℃，也就能估算出應該用多大的PCB面積來散熱?！?

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傳感器磁場定向控制(FOC)模塊。BridgeSwitch-2和MotorXpert的組合提供了一款增強型BLDC軟硬件組合解決方案，可縮短家電設備的宕機時間，優(yōu)化散熱設計，實現(xiàn)極少的整體元件數(shù)目、極高的效率和精確的電機控制，同時加快逆變器的開發(fā)速度，縮短產(chǎn)品入市時間，又易于滿足歐盟ErP待機標準。

閻先生表示：MotorXpert是一款PI開發(fā)的安裝在手提或臺式電腦上的軟件。通過對一個單相或三相電機的接口板連接到BridgeSwitch-2逆變器上，得到故障信息并發(fā)送PWM驅(qū)動信號等，以實現(xiàn)電機的實時調(diào)整優(yōu)化。

MotorXpert提供用于電機啟動及性能優(yōu)化的圖形用戶界面，可以實現(xiàn)控制電機的啟動/停止，可以設置電機的啟動時間和轉(zhuǎn)數(shù)、啟機過程、各項應用參數(shù)及保護特性等。非專業(yè)的軟件設計人員也可以直觀地對電機調(diào)整過程做參數(shù)的設定以及觀看反饋，同時生成電機配置文件。

Power Integrations產(chǎn)品營銷經(jīng)理Cristian Ionescu-Catrina表示：“從啟動到性能優(yōu)化，MotorXpert基于GUI的工具“終端仿真器”和符合MISRA C標準的代碼庫大大簡化了設計過程，可實時優(yōu)化電機工作架構(gòu)，無需重復更新固件。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 - 這一點對于工程師更新設計以滿足更嚴格的待機法規(guī)非常重要?！?

總結(jié)來說，BridgeSwitch-2和MotorXpert簡化了電機設計、增加了效率、降低了空載功耗。BridgeSwitch-2可以完美適用于高達1馬力功率的電機應用，包括冰箱壓縮機、暖通空調(diào)、洗碗機、油煙機熱泵、循環(huán)泵、吊扇、滾筒洗衣機、研磨機、攪拌機等，同時使用MotorXpert的整體解決方案簡化了設計，可驅(qū)動單相及三相電機。BridgeSwitch-2的很多保護功能可以通過硬件連接來實現(xiàn)，這樣可以加快產(chǎn)品入市時間。并且通過IPH引腳可以獲取更加簡單、更加精確的電流信息，不會受噪音的影響，可以縮短使用電機設備的宕機時間。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。