一种更快、更有效地将无刷直流电机设计推向市场的方式
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电机是目前世界上最大的电力消耗者，并且占比非常大。荷兰能源研究中心(ECN)估计，全球发电量的45%是由电机消耗的。因此，为了推动效率的提高，各国正通过立法手段来提高电机的效率标准。2021年7月，欧盟开始实施“电机和变速驱动装置条例(EU) 2019/1781”，对之前被排除在标准之外的一些电机增加了最低效率限值，并缩短了为其他类型电机符合效率要求所预留的时间。此类法规显示的趋势很明显 C 所允许的最低效率将随着时间的推移不断提高。新的电机设计应尽可能的高效，以避免在其工作寿命结束前就被立法强制替换的风险。
这些法律涵盖了各种各样的电机，从基础设施泵中的大型电机到为PC风扇供电的微型电机。尺寸不是唯一的考虑因素 - 电机的类型也很重要。以前，有刷直流电机被广泛使用，但它们的效率相对较低，可靠性有限 C 电刷会随着时间的推移而磨损，需要更换。在各种运转速度和负载下对更高的效率和更大的可靠性的需求，导致无刷直流(BLDC)电机在新设计中被广泛采用。 无刷直流电机不需要电刷和换向器之间的物理接触。这一步消除了摩擦引起的机械损耗，使无刷直流电机更适合长期使用。由于转子不需要供电，因此无需电刷和滑环，换向器组件也简化了结构。这也使得无刷直流电机在更小的封装内，每瓦特输出的扭矩比有刷直流电机更大。 无刷直流电机使用永磁体作为转子，它与定子线圈产生的电磁场相互作用。这些线圈以精确的模式导通和关断，以确保转子有效转动。这种模式由微控制器(MCU)算法决定，并使用嵌入电机的传感器提供实时反馈以实现精确控制。微控制器向开关发送信号，控制通过线圈的电流。尽管微控制器控制给电机驱动器增加了一些复杂性，但它提供了更大程度的灵活性和精确性。 由于有关电机效率的法规标准针对的是整个电机组件的运行情况，因此必须使每个阶段的运行达到最佳状态，以尽量减少整体损耗。这包括用于为电机供电的逆变器。逆变器的性能受到热量的限制。除了缩短逆变器的使用寿命外，当驱动器过热时，不良的热性能会阻止逆变器向电机驱动器提供足够的电流。解决散热问题的典型方法是使用散热片，或在某些情况下使用辅助风扇，但这两种解决方案都不太理想。两者都会加大电机尺寸和重量，这不利于实现电机小型化，并且会增加BOM物料数、增加设计复杂性并降低设计的机械强度。 Power Integrations (PI) C 在开发用于离线功率变换和栅极驱动的高度集成的高压IC方面拥有丰富的经验 - 能够从两个不同的方向解决这个问题。第一个方法是提供一种有效的架构，最大限度地减少需要耗散的热量。第二个方法是采用单独的IC分别驱动各个相的电机绕组，以提供一个可扩展的解决方案，其灵活性足以支持单相和多相电机。每个驱动器的损耗所产生的少量热量均匀分布于整个PCB上，而不是集中在某个集中发热点。 这就是我们的BridgeSwitch系列集成半桥(IHB)电机驱动器，适用于驱动同步电机(无刷直流或永磁同步电机(PMSM))以及异步电机(例如交流感应电机)。BridgeSwitch器件的效率可高达98.5%，适用于功率范围为30W(典型IRMS = 0.2A)至400W(典型IRMS = 1.1A)的逆变器设计。BridgeSwitch IC集成了下管和上管驱动器、控制器、电平变换器和两个N通道600V快速恢复外延型二极管FET (FREDFET)，并可提供无损耗的电流检测功能。FREDFET具有极快恢复的体二极管，使其成为驱动电感负载的理想选择。它们可显著降低开关损耗，并具有软恢复特性以减少EMI。 |
