因應新一代高能效智慧家電對於節能省電的需求,Power Integrations(PI)日前推出BridgeSwitch整合半橋式(IHB)馬達驅動器IC,據稱可為30-300W無刷直流(BLDC)馬達變頻器驅動應用的轉換效率提高到98.5%。

BLDC馬達由於以電子開關取代傳統有刷馬達的機械整流,在將電能轉換成機械能的效率更高且體積較小,越來越廣泛應用於工業以及各類家電市場。根據市調公司IHS指出,全球BLDC馬達採用率持續穩步成長。預計自2018到2023年,包括工業幫浦、電風扇、「制冷型家電」(cold appliance,如冰箱)、「致濕型家電」(wet appliance,如洗衣機、洗碗機等靠馬達帶動水流的家電)以及空調等市場的複合年成長率(CAGR)分別將達到8-20%的成長(如圖1)。

20181218NT31P1 圖1 市場趨勢顯示BLDC馬達應用持續成長。(資料來源:IHS)

Power Integration資深技術訓練經理閻金光指出,馬達在消耗電能方面佔據重要部份,根據統計,全世界大約有50-60%的電能都被馬達消耗掉了。因此,即使針對馬達變頻器進行很小的效率改善,也能夠帶來顯著的節能效益。

為此,PI在其原有的功率轉換技術基礎上,開發出BridgeSwitch IC,大幅簡化以高壓變頻器驅動的2相或3相永磁(PM)或BLDC馬達驅動器開發和生產。BridgeSwitch IC採用高壓側和低壓側進階FREDFET(快速恢復型二極體場效應電晶體),同時整合無耗損電流感測功能,讓300W BLDC馬達驅動器應用的變頻器轉換效率達到了98.5%。

BridgeSwitch整合半橋式馬達驅動器適用於30-300W BLDC馬達變頻器驅動應用,內部整合高效率的600V功率FREDFET,再加上由於散熱效率高且均勻分佈在3個元件(2個開關+1個半橋)封裝上,因而無需散熱片。高/低側驅動器都是自供電的,無需外部輔助電源,進一步減少了系統零件數目。此外,它還提供全面的保護及監控特性,包括過流(OCP)、久壓/過壓(UV/OV)及過溫保護(OTP),以及簡單的單線故障報告。

20181218NT31P2 圖2 靈活的BridgeSwitch驅動器架構。(資料來源:Power Integration)

為什麼BridgeSwitch IC能達到98.5%的效率?閻金光強調這是因為它採用了PI的功率FREDFET,透過增強超軟和超快速特性的體二極體使得開關效率最大化。他解釋說:「體二極體導通是馬達驅動中影響效率的重要因素。其特性大小主要來自反向恢復電荷(QRR)以及軟恢復(低振盪)。由於我們將QRR做得極低、恢復特性做到更軟,因而大幅降低了開關損耗與EMI。」

PI並針對300W馬達驅動應用精確控制開關電壓變化速率,以< 3V/n的電壓上升速率最佳權衡了效率與EMI。

整合半橋式BridgeSwitch IC的電路結構還採用了高效率的散熱設計,將熱量均勻分佈至不同的裝置上散熱,不僅減少系統集中或局部發熱的現象,而且無需使用散熱片,因而大幅降低了系統成本和重量。

PI指出,整合無功損電流感測、匯流排電壓感測和系統級散熱感測,使得BridgeSwitch IC系列成為家電應用中BLDC馬達的理想選擇,可廣泛地應用在冰箱的壓縮機、HVAC風扇以及住宅和輕型商用幫浦、風扇送風機等。

隨著新的BridgeSwitch馬達驅動器IC系列推出,也讓PI在原有的AC-DC轉換器、LED驅動器以及閘極驅動器三大產品組合之外,進一步擴展至馬達驅動器市場。