BridgeSwitch 將高效率、設計靈活性、增強的安全性、IEC 60335-1 和 IEC 60730-1 合規(guī)性與故障診斷相結合。

不斷提高消費電器中電機驅動器的效率和可靠性的要求越來越多地挑戰(zhàn)設計人員。從歐盟到中國，越來越多的消費電器需要更高的效率，包括洗碗機、冰箱以及供暖、通風和空調 (HVAC) 系統(tǒng)。1,2設計還必須符合 IEC 60335-1 和 IEC 60730-1 安全要求。

與此同時，消費者和制造商都要求更高水平的可靠性——更少的現(xiàn)場服務和更少的退貨。根據最近的一項行業(yè)研究，誤診導致 30% 的壓縮機退貨“未發(fā)現(xiàn)故障” 3 ，這增加了整個供應鏈的成本和效率低下，并導致消費者不滿意。利用物聯(lián)網可以實現(xiàn)對消費電器的遠程監(jiān)控，但設計必須支持有意義且具有成本效益的故障診斷系統(tǒng)和保護功能。

為了應對這些挑戰(zhàn)，設計人員可以求助于 Power Integrations 的 BridgeSwitch 系列、高壓、自供電、半橋電機驅動器 IC，它們具有集成保護、系統(tǒng)監(jiān)控和報告功能，可提供更高的效率、更高的設計靈活性并增強逆變器和系統(tǒng)可靠性（圖 1）。

圖 1：BridgeSwitch 將高效率與廣泛的故障監(jiān)控和報告（藍色文本）相結合，以提高系統(tǒng)和逆變器的可靠性。

高效率簡化了熱管理

BridgeSwitch 集成半橋簡化了高壓、逆變器驅動、單相或三相永磁或無刷直流電機驅動器的開發(fā)和生產。BridgeSwitch IC 包括一個專有的瞬時相電流輸出信號，有助于設計無傳感器控制方案。這些 IC 包括兩個 600V、N 溝道功率 FREDFET，帶有高側和低側驅動器，采用小外形、表面貼裝封裝 (13.6 × 9.4 × 1.35 mm)，可提供更長的爬電距離并允許冷卻通過印刷電路板為 FREDFET 供電（圖 2）。

圖 2：BridgeSwitch InSOP-24C 封裝的底視圖顯示了延長的爬電距離（右下方）以及高側和低側 FREDFET 的冷卻墊。

FREDFET 中的超軟和超快二極管針對硬開關逆變器驅動進行了優(yōu)化。高側和低側控制和驅動器是自供電的，無需外部輔助電源。分布式熱足跡與高達 99.2% 的效率相結合，在額定連續(xù) RMS 電流下無需外部散熱器，從而降低了系統(tǒng)成本、尺寸和重量。BridgeSwitch IC 可提供高達 400 W 的輸出功率，非常適合用于洗碗機和冰箱等電器的逆變器以及高效空調中的冷凝器風扇。

基于硬件的故障保護節(jié)省認證成本和時間

大多數(shù)逆變器設計中的微控制器 (MCU) 用于監(jiān)控故障條件并對其做出反應，以及控制電機。使用標準軟件包實現(xiàn)電機控制簡單且相對快速。故障診斷和保護更具挑戰(zhàn)性，并且因應用而異，因為它們依賴于各種不同的傳感器來監(jiān)控相電流、系統(tǒng)過熱條件、振動和其他系統(tǒng)參數(shù)。對 MCU 進行編程以解釋傳感器輸入并以獲得國際標準認證所需的適當方式實施保護是很復雜的。

對監(jiān)控軟件進行認證是一個耗時且成本高昂的過程，通常會延遲上市時間。另一方面，BridgeSwitch IC 中基于硬件的電機故障保護符合 IEC 60335-1 和 IEC 60730-1 的電機異常運行要求，無需依賴軟件進行控制，從而降低成本并加快上市時間。4由此產生的使用符合 IEC 60730-1 的 A 類軟件指定的能力可以節(jié)省兩個月的認證時間，而且使用 BridgeSwitch IC 還簡化了產品軟件更新的安全審批流程。

BridgeSwitch 通過雙向故障總線將全面的內部故障保護功能與外部系統(tǒng)級監(jiān)控和報告相結合（圖 3）。內部故障保護包括兩個 FREDFET 的兩級熱過載保護和硬件可編程逐周期過流保護。系統(tǒng)級監(jiān)控包括高壓直流總線上的四個欠壓電平和一個過壓電平，以及負溫度系數(shù)溫度傳感器、振動傳感器等外部傳感器，以及檢測電機失速、電機斷相的能力，或運行過載。

圖 3：BridgeSwitch IC 集成了故障診斷、雙向故障總線以及報告和硬件保護，以提高可靠性。

單線故障總線基于開漏架構，使 BridgeSwitch IC 能夠使用 8 位字發(fā)送狀態(tài)更新，其中第 8 位提供奇校驗以確保信號完整性。MCU 也使用它來發(fā)送：

對 BridgeSwitch IC 的命令

查詢 BridgeSwitch IC 以獲取狀態(tài)更新

對因過熱故障而鎖定的 IC 的復位命令

ID 引腳用于在上電時為每個 BridgeSwitch IC 設置唯一的 IHB 標識，使 MCU 能夠識別哪個 IC 提供了給定的故障警報：IHB1 的 ID 引腳連接到 BPL，ID 引腳為 IHB2 懸空，并且ID 引腳連接到 IHB3 的 SG（圖 4）。此外，設置每個 IC 的 IHB 標識支持使用設備 ID 時間段 (t ID )在單線總線上進行仲裁。HB1 的ID為 40 μs，HB2的 t ID為 60 μs，HB3 的 t ID為 80 μs。系統(tǒng) MCU 被分配了一個 160 μs 的默認 t ID，確保它始終贏得總線仲裁。

圖 4：BridgeSwitch 狀態(tài)報告將單線故障通信總線與設備 ID 編程（綠色）相結合。

電機專家套件加快上市時間

Power Integrations 的 Motor-Expert 軟件套件具有速度和電流控制回路功能，包括嵌入式 C 代碼應用程序、庫和控制 GUI，支持使用 BridgeSwitch IC 的單相和三相設計。5它通過為所有參數(shù)和命令提供圖形界面以及用于以串行模式與電機控制器交互的終端仿真器來加快上市時間。Motion Scope 窗口顯示控制器變量的實時線性圖。可以添加新功能和用例，用戶可以輕松地將軟件移植到 MCU。該軟件僅需要 14 kB 的代碼內存和 5 kB 的 SRAM，使其適合在內存資源有限的 MCU 上運行。使用 Motor-Expert 開發(fā)的軟件滿足延遲、抖動和執(zhí)行時間的靜態(tài) (MISRA) 和動態(tài)性能要求。

結論

設計人員可以求助于具有內置系統(tǒng)故障診斷功能的 BridgeSwitch IC，以減少現(xiàn)場退貨并加快產品上市時間。這些自供電半橋電機驅動器 IC 可提供現(xiàn)代消費電器所需的高效率、設計靈活性以及增強的逆變器和系統(tǒng)可靠性。廣泛的基于硬件的保護功能可節(jié)省認證時間和成本。這些 IC 符合 IEC 60335-1 和 60730-1 標準，如 UL 報告 4788685352 中所述。ID 引腳使 MCU 能夠查明故障位置。最后，使用 Motor-Expert 設計軟件可進一步加快 BridgeSwitch IC 的單相和三相應用的上市時間。

審核編輯：湯梓紅