无需散热器的 PI 公司高效 BLDC 驱动器参考设计方案-电源网

无刷直流电机优势明显，市场应用广泛。而各大企业也根据市场需求，推出不同的解决方案。作为高压集成电路高能效电源转换领域的知名公司，Power Integrations也不例外，相继推出各种高效、高可靠性、高集成度的电机驱动器参考设计方案。为了详细阐述其电机驱动器的参考设计方案，在日前举行的第13届（顺德）家电电源与变频控制技术创新研讨会上，来自Power Integrations的高级现场应用工程师谢厚林给大家分析了采用BridgeSwitch电机驱动 IC 实现BLDC驱动器创新。

【PI 高级现场应用工程师谢厚林在演讲】

无需散热片，可提供完善保护的高效电机驱动器

其集成半桥（IHB）电路适合于高达300W高压无刷直流电机驱动电路。采用的分布式散热方法可省去散热片，集成半桥的电路结构减少了系统集中发热的现象，其架构十分灵活，将热量均匀分布在不同的器件上。降低了散热成本，节省系统成本，减少了焊点的机械应力，从而大幅增强可靠性。其薄型、紧凑型的表面封装可以提供更宽的爬电距离，两个功率FREDFET（具有快恢复外延型二极管的场效应晶体管）可直接通过PCB的铺铜来散热，简化了散热设计。

BridgeSwitch IC使用600V低导通阻抗RDS(ON）的FREDFET，集成了快速超软恢复体二极管，非常适合应用于硬开关型逆变器驱动。而且还有助于大幅降低开关损耗和减少噪声的产生，从而简化系统级EMC设计。对于几百瓦的电机驱动应用来说，逆变器效率很小的改善也对系统温升及能耗的节约有显著的影响。这款驱动IC还具有完善的系统级保护，每个BridgeSwitch器件的上管和下管限流点都可以单独进行设定，这样无需微处理器及相关外围电路在电机绕组开路或短路的故障情况下提供整个系统的保护。它还可通过简单的数字接口与微控制器连接，实现双向故障及状态通信。并且此驱动器完全可以利用高压母线实现自供电，从而无需传统应用中所必须的双路输出辅助供电电源及相应的自举二极管，可大大简化电路并降低系统成本。

BridgeSwitch器件的半桥驱动器集成方式可以非常灵活地适用于单相或多相电机驱动应用，并且兼容所有常见的控制算法，支持（6步）梯形控制算法、正弦控制以及磁场定向控制(FOC)。具有的无损耗电流检测功能，可使300 W以内的无刷直流(BLDC)电机驱动器应用中的逆变器转换效率达到98.5%。内部高压开关管的开通关断斜率控制不但兼容的开关效率还可降低EMI干扰。BridgeSwitch可为30W至300W范围内的BLDC电机驱动提供明显优势。

【第13届（顺德）家电电源与变频控制技术创新研讨会现场】

BridgeSwitch BLDC参考设计方案结构简单，转换效率超过98%

采用FOC控制器驱动的典型逆变器规格参数为：输入电压范围为180V DC到264V DC，输入功率为108W，输出功率为100W，电机相电流为0.5A，PWM载波频率最小值为5kHz，最大值为15kHz，工作环境温度范围为0℃-40℃。而我们今天这里所讲的参考设计方案，是使用了三个BridgeSwitch BRD1163C器件组成的三相逆变器，其设计结构简单，才不到100个元器件。

此参考设计在整个负载范围内一直保持一致的高效率，即使在输出功率变化范围很大的情况下，其功耗始终保持不变，表明其具有一致的高效性。同时谢厚林工程师还提到此设计方案还具有极低的空载输入功率、优异的相电流平衡特性，即使PWM调制频率从5kHz增加到15kHz，其相电流波形依然保持不变。在频率为5kHz时，其外壳温度可以保持在74℃以内，即使频率为15kHz，外壳温度也可以保持在93℃以内，说明具有极优的散热性能。

谢厚林工程师给我们讲述了两个基于BridgeSwitch IC的BLDC参考设计方案，从下图中，我们可以看出，没有使用传感器，采用了Toshiba TMPM375微处理器，FOC控制方式的参考设计方案效率可以高达98%；而开发板支持第三方MCU，采用梯形控制或正弦控制方式的参考设计方案满载效率依然可以超过98%。

【参考设计DER-653】

【参考设计DER-654】

谢厚林工程师最后总结到：

BridgeSwitch集成半桥电路(IHB)所提供的优异效率和分布式散热方法可省去散热片，有助于降低系统成本和重量。由于具有集成无损耗电流检测、总线电压检测和系统级过温检测等特性，因此该器件系列非常适合家电中的BLDC电机驱动应用。BridgeSwitch器件适合冰箱压缩机、暖通空调系统风扇以及其他家用和轻型商用泵、风扇和风机。