近年來，隨著全球可持續(xù)發(fā)展的重要性日益凸顯，各行各業(yè)對于減少排放和提高能源效率的要求越來越高。特別是在家電、汽車、工業(yè)控制等領(lǐng)域，市場往往更加偏向于采用無刷直流電機(jī)（BLDC）這類環(huán)保高效的新型電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。然而，由于這些應(yīng)用所適用的效率標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，因此還需要采用更加先進(jìn)的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)來降低功率損耗和簡化設(shè)計。

在此背景下，全球領(lǐng)先的高壓集成電路供應(yīng)商Power Integrations（以下簡稱“PI”）推出了一款全新高壓集成半橋（IHB）電機(jī)驅(qū)動器IC產(chǎn)品——BridgeSwitch?-2，旨在提高BLDC控制性能，簡化電機(jī)驅(qū)動逆變器設(shè)計。

據(jù)了解，BridgeSwitch集成半橋電機(jī)驅(qū)動器產(chǎn)品系列是PI早前推出的一款電機(jī)驅(qū)動的完美解決方案，其內(nèi)部集成了兩個性能加強(qiáng)的FREDFET（具有快恢復(fù)外延型二極管的場效應(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功能，可使400W以內(nèi)的無刷直流電機(jī)驅(qū)動器應(yīng)用中的逆變器轉(zhuǎn)換效率達(dá)到98.5%以上。而此次PI推出的全新一代BridgeSwitch-2，則在BridgeSwitch的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大幅度的優(yōu)化和改進(jìn)。

據(jù)PI技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan介紹，BridgeSwitch-2最大的一個特點(diǎn)，就是在功率方面實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步提升。相較于上一代產(chǎn)品，這款新IC將可用輸出擴(kuò)展到了1馬力（746W），使逆變器效率提高至99%，并將睡眠模式下的功耗降低到了10mW以下。由于BridgeSwitch-2 IC的功率范圍為30W至746W（1HP），因此其應(yīng)用非常廣泛，比如熱交換器風(fēng)扇、冰箱壓縮機(jī)、流體循環(huán)泵、燃?xì)忮仩t燃燒風(fēng)扇、洗衣機(jī)滾筒，以及廚房攪拌機(jī)和攪拌器等，這些電器及設(shè)備均可適用。

據(jù)悉，BridgeSwitch之所以被PI稱為“電機(jī)驅(qū)動的完美解決方案”，是因?yàn)槠淠軡M足新興市場應(yīng)用的所有要求。

比如，它具有很低導(dǎo)通電阻的FREDFET在所有型號產(chǎn)品中都得到了運(yùn)用，降低了導(dǎo)通損耗；又如，它可以提供一項(xiàng)市場上獨(dú)有的特性——相電流（IPH）檢測，也就是對流經(jīng)下管FREDFET的電機(jī)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將相電流信息轉(zhuǎn)換為電壓信號，傳送給MCU。

BridgeSwitch-2通過內(nèi)置的相電流信息實(shí)時報告功能，可以實(shí)現(xiàn)更加精確的電機(jī)控制；通過對門極開關(guān)驅(qū)動信號的精確控制，以及使用具有軟恢復(fù)特性的體二極管，其典型的EMI特性表現(xiàn)比現(xiàn)有驅(qū)動器低10dB，因此可以選用更小的EMI濾波器。而基于IPH的電流信息可省去90%的電流反饋電路，并將逆變器損耗減少10%以上。

除了功率的大幅提升，BridgeSwitch-2的另一個特點(diǎn)，則是可以加快開發(fā)速度、縮短開發(fā)周期和成本。

Jason Yan指出，傳統(tǒng)的采用分立或IPM方案的逆變器，大多依賴于軟件執(zhí)行系統(tǒng)保護(hù)，比如過壓或過流故障條件下，依靠軟件切斷驅(qū)動的信號的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)，但這樣會增加軟件的開發(fā)周期及成本。而BridgeSwitch內(nèi)建的基于硬件的過流和過壓保護(hù)機(jī)制則不依賴于軟件，可以在不需要MCU介入的情況下保護(hù)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(hù)，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(biāo)準(zhǔn)，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(rèn)證時間?！盝ason Yan解釋說。

與之相比，BridgeSwitch-2可以利用硬件方式處理操作中發(fā)生的異常，進(jìn)而可以使用IEC 60730標(biāo)準(zhǔn)中A類安全的軟件，這樣便能縮短數(shù)月的產(chǎn)品認(rèn)證時間。

另外值得一提的是，BridgeSwitch-2由PI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。使用MotorXpert?軟件套件，也可以加快逆變器的開發(fā)速度。

事實(shí)上，為了進(jìn)一步降低開發(fā)成本，PI在設(shè)計BridgeSwitch-2之初，便考慮到了減小PCB面積，以及減少元件數(shù)量。所以，新款I(lǐng)C采用的是不同于傳統(tǒng)分立式設(shè)計的IHB架構(gòu)。

根據(jù)官方提供的數(shù)據(jù)顯示，基于IHB架構(gòu)的BridgeSwitch-2不僅能使元件數(shù)量減少50%，PCB空間減少30%，同時還能消除系統(tǒng)中的集中發(fā)熱點(diǎn)，使器件整體溫度降低30℃以上。

除此之外，IHB架構(gòu)還給BridgeSwitch-2帶來了靈活性的設(shè)計和高性能的優(yōu)勢。

據(jù)介紹，BridgeSwitch?-2集成半橋系列極大簡化了高壓逆變器驅(qū)動的單相或三相永磁電機(jī)（PM）或無刷直流電機(jī)（BLDC）驅(qū)動器的開發(fā)和生產(chǎn)。由于這些電機(jī)驅(qū)動器將兩個高壓N溝通道功率FREDFET與低側(cè)和高側(cè)驅(qū)動器集成在一個小尺寸封裝中，其內(nèi)部功率FREDFET提供超軟和超快的二極管，因此非常適合硬開關(guān)逆變器驅(qū)動。而兩個驅(qū)動器都是自供電的，因此消除了對外部輔助電源的需求。

與此同時，BridgeSwitch-2還提供了獨(dú)特的瞬時相電流輸出信號，簡化了無傳感器控制方案的實(shí)現(xiàn)。低剖面、緊湊的表面貼裝封裝提供了延長的爬電距離，并允許通過印刷電路板為兩個功率FREDFET散熱。

不僅如此，新款I(lǐng)C還具有更高安全性和可靠性的特點(diǎn)。

據(jù)了解，BridgeSwitch-2可以提供內(nèi)部故障保護(hù)功能和外部系統(tǒng)級監(jiān)控。其中，內(nèi)部故障保護(hù)包括對兩個FREDFET的逐周期電流限制和兩級熱過載保護(hù)；而外部系統(tǒng)級監(jiān)控包括具有四個欠壓電平和一個過壓電平的直流總線感應(yīng)，以及驅(qū)動外部傳感器（如NTC）。這樣的設(shè)計可使電機(jī)在運(yùn)行中無需依賴系統(tǒng)軟件，即可保護(hù)逆變器和系統(tǒng)。

而當(dāng)無刷直流逆變器不工作時，BridgeSwitch-2還能進(jìn)入睡眠模式，將每個設(shè)備的消耗減少到從整流交流主電源總線的4mW以下。這意味著，在規(guī)定的待機(jī)功耗限值下，可以為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入和監(jiān)控等功能的電路負(fù)載提供更多的可用功率。

得益于以上特性和優(yōu)點(diǎn)，BridgeSwitch-2在優(yōu)化器件溫升方面實(shí)現(xiàn)了顯著的性能改進(jìn)，為電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計提供了新的思路。

可以預(yù)見，隨著PI在電機(jī)控制設(shè)計和功率器件上的不斷創(chuàng)新，未來家電、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域的能源效率將有望達(dá)到更高水平。