日前，Power Intergrations（PI）推出了全新的第二代Bridge Switch-2，相比第一代产品，在功率等级、效率等方面有了明显提升。新产品适合高达1马力 (746W)的应用场景，并提供高达99%的逆变器效率，而在睡眠模式下，驱动器功耗最低可降至10mW以下，以满足欧盟最新的ErP待机功耗要求。

PI资深技术培训经理阎金光详细介绍了集成半桥的Bridge Switch-2。产品可应用于1相或3 相PM和BLDC电机驱动器，领域包括了洗碗机、冰箱和吊扇等家用电器，高效空调中的风扇以及循环泵等。

随着电机行业的创新与日俱增，且越来越看重SWaP-C带来的优势。Bridge Switch-2也在多方面进行了创新，以应对如今的电机流行新趋势。


如表格所示，无论在功率、睡眠模式、故障报告等方面，均实现了提升。

不断追求高效率

考虑到目前全球有50%以上的电力都被电机所消耗，从工厂到新能源汽车，从家电到玩具，各行各业都离不开电机。我们也看到包括BLDC等在内的高效、安静的电机方案正在直流电机中逐步占据主流地位。

阎金光列举到：比如欧盟计划到2035年节省2000亿美元的能耗，为此ErP要求自2025年开始待机能耗从之前的小于500mW提升至小于 300mW。另外印度对于吊扇应用其致力于50%的节能目标，目前印度共有8亿个吊扇，大多数都是采用传统的单相感应电机，而更换成BLDC后，可以实现更高的节能效果。其他家用电器同样可以通过升级至BLDC实现更好的用户体验，包括更精准的控制，更安静的运行，更准确的寿命预估，更可靠的生命周期等等。

高集成简化电机设计
 
如图所示，PI的Bridge Switch-2集成了上下管MOS和驱动。具有很低导通电阻的FREDFET在所有型号产品中都得到了运用，降低了导通损耗。PI的FREDFET内部集成的体二极管，可优化MOSFET反向恢复时间，从而设计用于实现很低的损耗并降低了EMI。通过对门极开关驱动信号的精确控制以及使用具有软恢复特性的体二极管，其典型的EMI特性表现比现有驱动器低10dB，因此可以选用更小的EMI滤波器。 

另外，内置了各种硬件保护功能。传统的采用分立或IPM方案的逆变器依赖于软件执行系统保护，比如过压或过流故障条件下。这样会增加软件的开发周期及成本。BridgeSwitch内建的过流和过压保护机制不依赖于软件，可以在不需要MCU介入的情况下保护逆变器和系统。为了使系统MCU在任何时间了解系统的状况，BridgeSwitch不只是对其本身提供保护，还将故障情况以故障总线的方式（仅需要2kB的内存代码）汇报给MCU。特别对于出口至美国和欧盟的产品型号，根据IEC 60730‐1 标准，需要满足Class A的系统软件，而这会多花2个月的产品认证时间。

集成相电流检测功能

三相永磁同步电机 (PMSM) 的无传感器磁场定向控制 (FOC) 需要电机相电流信息，目前主要依赖分流器进行检测。

分流器需要在要感测的电流路径上放置一个电阻元件。测量电阻元件两端的电压以确定分流电流。该感测电压由信号预处理电路处理，然后馈入电机控制器使用的模数转换器 (ADC)。

对于直流总线电流感测（包括高侧和低侧），需要额外的重构算法来确定三相电机电流。此电流重构需要更复杂的 ADC 采样。

另外，低侧分流感测会增加系统的功耗，因为它始终位于高电流路径上，分流电阻的功耗会带来整体效率的降低。

PI的Bridge Switch-2内置了低侧开关集成电流感应系统，实现了集成相电流检测功能（IPH）。低侧开关中的集成电流感应与电流重构算法的使用使信息分辨率加倍，并减少了所需组件的数量，同时还可以进一步降低功耗。根据阎金光给出的数据显示，基于IPH的电流信息可省去90%的电流反馈电路并将逆变器损耗减少10%以上。同时，省去了电流检测电阻和相关信号调整电路，元件数量减少了50%，PCB空间减少了30%。
 
如图所示，两种方法相电流测试的结果。

另外，由于集成电流感应提供更多信息和更好的抗噪性，因此可以提高系统性能并更易于用于预测性维护分析。IPH可以实现92.%的准确度，而传统分流电阻检测只有55%。
 

预测性维护技术使用感测到的信息来推断系统的健康状况。扩展 Park 矢量方法 (EPVA)、电机电流特征分析 (MCSA) 和瞬时功率特征分析 (IPSA)。这些技术也称为电气特征分析 (ESA)。ESA 是一种非侵入式方法，因为不需要添加传感器，它是根据感测到的电压和电流信息执行的。

通俗的理解就是电机都会产生振动，定子和转子的相对位置会发生变化，因此磁场分布就会不均匀。通过检测相电流和查找表，很容易得出电机的磨损程度，从而对电机进行预测性维护。

改进的供电模式进一步降低功耗

LinkSwitch-XT2SR是PI近期推出的离线、恒压(CV)、非隔离反激式开关IC，能够在230VAC下提供高达15W的功率输出，高达90%的极高效率。同时LinkSwitch-XT2SR IC低于5mW的空载功耗可轻松超越欧盟能源相关产品指令对待机功耗的要求，可在ErP规定的300mW输入功率范围内为负载提供250mW的输出功率。

Bridge Switch-2修改了功率架构，同时结合最新的LinkSwitch-XT2SR，实现系统功耗的进一步降低。

 
如图，在Bridge Switch-2工作时，芯片由LinkSwitch-XT2SR供电，相比高压自供电而言降低了损耗。而当进入睡眠模式后，Bridge Switch-2则会采用自供电模式，实现4mW的超低待机功耗。这意味着在规定的待机功耗限值下，可以为实现网络接入和监控等功能的电路负载提供更多的可用功率。 

友好的散热

Bridge Switch-2功率范围为30W至746W (1HP)，应用非常广泛，包括热交换器风扇、冰箱压缩机、流体循环泵、燃气锅炉燃烧风扇、洗衣机滚筒以及厨房搅拌机和搅拌器等等。由于具有99%的高效率，因此也无需散热片直接采用PCB散热即可。这将显著减小系统尺寸、成本和重量，并提升可靠性。

Bridge Switch-2提供了C型和W型封装，以应对不同的功率及散热需求。
 
便捷的开发工具

BridgeSwitch-2由Power Integrations的MotorXpert软件套件提供支持，其中包括单相梯形控制和三相无传感器磁场定向控制(FOC)模块，可加快逆变器的开发速度。

MotorXpert是一套GUI电机开发套件，用于电机启动及性能优化，支持在线参数修改。无需在MCU上进行程序代码改变，即可生成配置文件，可直接烧录至MCU中。

 
PI产品营销经理Cristian Ionescu-Catrina表示“从启动到性能优化，MotorXpert基于GUI的工具“终端仿真器”和符合MISRA C标准的代码库大大简化了设计过程，可实时优化电机工作架构，无需重复更新固件。BridgeSwitch-2可与任何微处理器搭配使用，易于在现有系统中采用 - 这一点对于工程师更新设计以满足更严格的待机法规非常重要。”

另外，PI Expert软件可优化逆变器性能且可即时计算温升数值。

替代IPM模块

Bridge Switch-2采用了和IPM模块相同的15V电压，而不是此前一代的16.5V，这使得工程师可以更快的开发供电方案。

阎金光指出，相较于IPM模块，Bridge Switch-2的效率更高，同时由于3个IC分离，因此消除了集中发热点，散热更平均。

另外，智能化硬件的集成，以及创新的相电流检测功能，便捷的开发调试，都是Bridge Switch-2的特色功能。

“如果你要进行创新，一定是要选择有创造力的合作伙伴，一起开发独树一帜的产品。”阎金光说道。

总结

总得说来，BLDC电机在住宅和工业应用中正经历显著增长。高效率和紧凑尺寸的结合使制造商能够满足政府为减少碳排放而设定的能效标准。随着消费者意识的提高和法规的严格化，我们可以预期该市场将继续扩张。

Power Integrations通过其BridgeSwitch-2系列半桥电机驱动器集成电路支持高效BLDC电机的转型。这些驱动器可在高达750W的BLDC电机设计中实现高达99%的效率。

BridgeSwitch集成电路采用分散热量足迹架构，无需散热片，从而降低了系统成本和重量。集成的故障保护、热过载保护和可调的逐周期电流限制进一步增强了安全性和可靠性。

借助其MotorXpert Suite软件的支持，BridgeSwitch-2能够缩短设计周期，并且最佳的EMI性能减少了IEC-60335和IEC-60730标准认证时间数月，使制造商能够快速将其新一代高效家电推向市场。