以下文章來源于PSD功率系統設計 ，作者劉洪

日前，Power Integrations（PI）舉辦新品媒體溝通會，資深技術培訓經理閻金光分享了電機驅動技術的發展和應用趨勢，重點介紹了新推出的第二代產品BridgeSwtich-2在設計高效、安靜的電機、減少宕機時間等方面的一些優勢。

他表示，三相電機要用3個半橋驅動電路來驅動，BridgeSwitch是一個集成了半橋電路的芯片，而常見的IPM（智能功率模塊）是把6個開關集成在一個模塊中，溫升效果不盡如人意。BridgeSwtich-2在第一代產品基礎上進行了一些改進，更適合無刷直流電機應用。

01無刷直流電機持續增長，用戶要求水漲船高

無刷直流電機市場持續增長主要來自工業類電機應用節能指令的新要求，例如，歐盟計劃到2035年節省2000億美元的能耗，因為大約50%到60%的電能都是由電機損耗掉的，所以必須提高電機的效率，而電機能量變換效率直接與逆變器效率相關。

又如，家電標識方面，要求洗碗機必須增加30%的效率；歐盟ErP要求自2025年開始待機能耗要小于300mW；印度則致力于吊扇50%的節能目標。

從用戶角度看，他們期望有更好的產品使用體驗，家電工作起來更加安靜，暖通空調應用能夠對氣流進行精確控制；家電設備的宕機時間更少。

而以上這些都對無刷直流電機市場的增長提供了持續的驅動力。

閻金光認為，電機行業有三類企業，一是專門做電機的電機生產商，二是做逆變驅動加上電機的系統集成商，第三類企業是美的、格力等這類終端客戶。

電機企業只是把電機成本做好，系統集成商則把電機的效果做到最佳，而終端客戶中越來越多的大企業希望降成本，同時做到與其競品相比具有更多的差異化，以增加其產品賣點。舉例說來，如果能夠把待機功耗做好，就可以滿足ErP的300mW功耗要求，縮短宕機時間，優化散熱設計，實現精確的電機控制，并具有更高的效率等等。而BridgeSwitch-2的推出可以滿足以上不同客戶對成本和性能的目標要求，以最大發揮無刷直流電機在具體應用中的技術優勢。

他說，BridgeSwitch?-2 IC適合1馬力（750W）的單相或三相電機的驅動。功率更大意味著適用的范圍更寬。

02簡化散熱設計

據介紹，新產品有兩種封裝的形式，由于加大了功率，很多家用電器設備，包括工業類應用都可以使用這些特有的高效散熱的封裝，實現無散熱片的設計。

新的功率封裝以及低熱阻的特點優化了器件的溫升性能，簡化了散熱設計。兩個不同封裝的最大區別是輸出功率，分別是緊湊型設計的InSOP-24C封裝和高功率電機應用的InSOP-L38封裝。這些封裝延續了之前PI所有的功率器件優勢——底部具有裸露的焊盤，經由回流焊裝配工藝后，熱量可通過焊盤傳導到PCB商，同時低矮的封裝也易于實現超薄設計，進而實現驅動器和電機一體化的高功率密度設計。

采用兩個管的集成半橋的架構（IHB）使得只使用3個IC即可驅動一個三相電機，三個封裝可以均勻分布熱量，消除了傳統IPM模塊方案中常見的集中發熱點，使器件整體溫度降低30℃以上。而且，不用像IPM模塊那樣使用6個開關，由于發熱集中需要使用成本昂貴且占用空間的散熱片；使用3個InSOP-28C封裝的BRD2161C實現的三相BLDC電機圓形驅動板可以和電機集成在一起，利用PCB板進行散熱，大大節省了空間。同時元件數目非常少，發揮了PI高度集成的優勢，提升了可靠性，可達到超過99%的變換效率。

閻金光解釋說，電機控制需要非常精確，不同應用的控制算法也不一樣。在效率方面，如果效率功率是400W，提升1%就是4W；如果是750W的話就相當于減少了7.5W的損耗。在功率較大的情況下，哪怕是0.01個百分點的效率提升都非常關鍵，因為這樣可以使器件有更好的溫升表現。

為此，PI官網給出的PI Expert?軟件可優化逆變器的性能并即時計算器件的溫升數值，方便工程師做出更好的散熱設計。通過逆變器輸出功率和效率、熱阻、PCB面積可以估算出溫升會達到多少度，進而估算出PCB的散熱面積，達到最佳散熱效果。這樣可以在設計前期就對PCB板的布局起到指導的作用。

電機是一個很復雜的系統，涉及硬件和軟件，只有兩者很好地搭配，才能調教出一個非常高效、安靜的電機。而PI除了推出逆變器用到的IC硬件以外，還同時提供調試電機的軟件MotorXpert，它使得工程師不必了解繁瑣的編程代碼，直接通過圖形用戶界面即可對電機運行參數及特性進行調整，從而大大縮短產品的研發周期，加快產品上市時間。

BridgeSwitch?-2及MotorXpert提供了一個一站式整體逆變器解決方案。利用MotorXpert套件對電機進行調試，根據電機不同的參數，比如不同結構電機中轉子的慣性等等，進行精確的算法調整。這種閉環調整涉及電機的啟動和不同轉速下的效率，都會對變換效率、逆變器溫升和電機的噪音有顯著的影響。

使用該軟件套件的好處在于，方便優化散熱設計，可以極少的整體元件數目實現極高的效率的設計，并可以精確控制電機運行；縮短產品上市時間，而新器件也更加易于滿足歐盟ErP待機標準，縮短家電設備的宕機時間。

03內置相電流檢測功能優化系統性能

閻金光提到，PI一直延續了獨創的無感電流檢測方式，利用集成的相電流檢測（IPH）直接提供相電流信息，在IC內部檢測相電流信號，不需要加外部的電流檢測電阻，簡化了電流反饋電路。這種檢測方式不會受外部噪聲的干擾，避免影響電機的控制策略，進而影響電機效率，同時省去了電阻和相應的運算放大器電路，進而降低了損耗，減少了整體方案的元件數目。

基于IPH的電流信息檢測，提供給MCU后利用軟件即可實現無感的電機轉子位置信息，再結合BridgeSwitch三相逆變器硬件，即可省去90%的電流反饋電路，并將逆變器的損耗減少10%以上。

此外，相比使用外部電流檢測電阻的方案，IPH電流檢測波形更加“干凈”。在相同的無感FOC控制條件下，使用IPH的BridgeSwitch?-2合成的電流不會像傳統分立方案那樣出現電流信息失真，這樣可以減少噪音對電機控制算法的影響，進而減小了電機噪音，提高了電機效率。

利用相電流信息還可以更加精確地預測電機的維護狀態，且兼具減少宕機時間的成本效益。電機長時間運行后，振動會導致電機磨損，影響磁場分布。通過相電流波形就可以知道電機磨損的百分比，判斷什么時候需要更換電機。從而提前對即將發生的故障進行“鎖定”，對設備進行預知的維護意味著可以縮短設備使用期間的宕機時間。

BridgeSwitch-2的IPH內部檢測方式對故障預判的準確度為92.5%，而傳統的基于分流器的檢測方式因為噪聲的影響準確度僅為55%，無法真實判斷電機磨損情況。之前業界還沒有一種方式可以準確預測電機的好壞。

04進入“睡眠”模式降低待機功耗

閻金光說，進入睡眠模式可以有效降低待機功耗，使用BridgeSwitch?-2的逆變器在使用外部供電情況下效率高達99%。BridgeSwitch-2適用的是高壓的無刷直流電機，其母線電壓為320V。對于功率變換來講，母線電壓越高損耗越低，但需要逆變器中功率器件具有更高的耐壓。

BridgeSwitch?-2內部集成的高壓FREDFET適用于這樣的應用。逆變器操作除了開關還有驅動電路，需要有外部供電。第二代產品降低了供電電壓，兼容現有的IPM模塊方案的15V供電電壓，同時可以實現更低的導通損耗。除了15V供電外，通常輔助供電電源還需要給MCU供電的3.3V電壓。

在待機狀態下，微控制器發出指令至輔助電源，將15V輸出降至6V，這樣就進一步降低了輔助供電電源的損耗。在種情況下，BridgeSwitch?-2即可進入睡眠模式，3個半橋IC的總功耗可以低至10mW以下。節省下來的功耗可以把產品的待機特性做的更好，實現更多待機工況下的功能，比如利用無線通訊模塊實現設備的遠程控制。

這種利用睡眠指令重新設置功率架構的方式可以非常容易滿足ErP低待機功耗標準的要求。

05MotorXpert? 簡化并方便優化設計

據了解，在軟件調試方面，通過在MotorXpert軟件中的一些設置可以更方便客戶完成整體系統的設計，加快設計周期。終端客戶可以根據電機特性做一些差異化的軟件調整設定。利用軟件GUI和接口板調整電機，直接輸入一些數字就會看到對應的一些性能變化，針對不同的電機進行性能優化，如靜音效果、轉速、效率等等。

MotorXpert采用圖形用戶界面（GUI）來優化電機啟動及性能，通過內置示波器可以看到各種波形。很多參數可以在電機旋轉期間即時地設定，不需要在MCU上寫程序代碼，易于使用。一旦電機選好，將軟件調好后就可以固化軟件，生成一個配置文件供批量生產使用。

除了支持三相電機外，BridgeSwitch?-2還可以只用兩個半橋IC支持低成本的單相電機應用，后者相對于三相電機只是噪音高一些，但成本更低，因而各有各的優勢。單相電機的算法設計難度在于預估上電期間轉子的位置，實現無感的轉子定位是一項挑戰，而利用BridgeSwitch-2的IPH電流檢測，再加上特殊的算法，即可實現無感的單相電機逆變器應用。

06總結

閻金光最后表示，作為電機驅動的完美解決方案，BridgeSwitch一直以來都在滿足新興市場應用的要求。BridgeSwitch?-2和MotorXpert簡化了電機設計、增加了效率、降低了空載功耗，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、洗碗機、油煙機熱泵、循環泵、吊扇、滾筒洗衣機、研磨機、攪拌機等。

使用MotorXpert的整體解決方案簡化了設計，可驅動單相及三相電機；硬件連接的保護特點簡化了對軟件的依賴，加快了產品入市時間；IPH不占用MCU資源，可以在不需要MCU介入的情況下保護逆變器和系統，實現更加簡單、更加精確的電流信息檢測。

他透露，目前PI已提供量產訂單及樣品，InSOP-28C封裝器件將于2024年第二季度末上市。