单相BLDC电机驱动设计的解决方案简化故障诊断和设计

作者：Maurizio Di Paolo Emilio

在PCIM期间，Power Integrations展示了一个嵌入式“ C”代码应用程序，库和控制GUI，使设计人员可以使用该公司的BridgeSwitch无刷直流（BLDC）电动机驱动器IC来精确地控制和调整单相电动机。Power Integrations高级市场经理Cristian Ionescu-Catrina在接受《 Power Electronics News》采访时，重点介绍了针对每种电机驱动器的新型生态设计如何进入消费领域。Ionescu-Catrina说：“新法规增加了效率挑战：要求洗碗机提高30％的效率，欧盟的目标是到2035年节省20B美元的能源。”这使我们能够通过新的解决方案简化故障诊断和设计，以较低的听觉噪声和精确的控制满足市场需求，并由BLDC电机作为单相应用中成本优化的解决方案提供支持。

BridgeSwitchBLDC电机驱动IC具有集成的灵活半桥，可满足新兴市场的需求，该驱动器无需散热器即可驱动高达400 W的功率。BridgeSwitch通过硬线保护和监视整个逆变器来驱动单相或三相电动机。Ionescu-Catrina指出，电机控制应用程序的设计需要复杂的解决方案，并且简化所有硬件设计人员的硬件和软件过程。当前，软件示例适用于特定的电机，并且没有内置的自定义机制。此外，传统的逆变器解决方案缺乏诊断功能，只能依靠软件通过IEC-60730的B级安全认证，比硬件解决方案的认证时间要长两到三个月。

“客户需要带有软件示例和设计工具的整体解决方案，” Ionescu-Catrina说。“电动机控制应用需要定制，并具有最佳的工作范围；比例积分回路需要配置；PWM频率和热规格各不相同；需要快速，平稳的启动。

“例如，在图1中，在x轴上有气流；在x轴上有气流。在y轴上，您具有气压，并且每种风扇都有一个最佳的工作区。”他详细说。“因此，要使风扇进入该工作模式，必须进行自定义和调整。因此必须对电动机进行优化。必须调整它们以使其在最佳工作区域中工作，这需要设计人员付出巨大的努力。设计人员还必须考虑其他用例，例如与比例积分控制常数有关的速度控制。并且这还需要诸如Kp参数之类的配置。此外，许多设计人员还希望从存储器和带宽的角度优化MCU，以最大程度地减少PCB的空间和发热。Power集成今年在PCIM上展示的新软件可以实现所有这一切。”

图1：电机控制应用需要定制。（来源：Power Integrations）

无刷直流电动机

BLDC电动机比有刷电动机具有更高的效率和可靠性。它们正越来越多地用于家用电器和消费电子产品。随着这些应用的效率标准不断提高，还需要更好的电源转换技术，以最大程度地降低总功耗并简化设计。驱动程序是BLDC控制的基本元素。它是一种功率放大器，可产生电压输出来驱动H桥电路的高电流高侧和低侧IGBT栅极。

为了满足将来的需求，Power Integrations在PCIM上展示了一种新的GUI，用于采用BridgeSwitch系列的单相电动机系统设计，适用于功率高达400 W的BLDC电动机。该高压半桥电动机的效率为99.2％，无需散热器，并减少软件认证时间和费用。Power Integrations的BridgeSwitch驱动器系列具有集成了无损电流检测功能的高级快速恢复外延二极管场效应晶体管（FREDFET）。

通过该接口，现在可以控制电动机的启动和停止以及保护参数，从而可以在没有任何外部仪器的情况下监视电动机的状态。图2显示了界面允许您编程的可能状态列表及其布局。BridgeSwitch Motor-Expert软件降低了BLDC驱动器的成本和复杂性。

图2：新GUI的功能和布局（来源：Power Integrations）


图3：系统架构示例—传感器控制（来源：Power Integrations）

Ionescu-Catrina说：“该界面使您可以实时地在几种配置中进行所有更改。”“每次进行更改时，配置都会在微控制器及其软件中进行更新。无需重新编译，一切都可以实时进行。”

该界面还使用户能够可视化系统操作，显示数据状态，包括电流，速度，状态，当前错误和速度错误。软件界面中的诊断字段可帮助您了解变频器和电动机的运行情况。

新软件随附了用于恒速和恒转矩运行的即用型应用示例，所有这些示例均符合IEC6730 A级标准。该GUI可以与示例和文档一起下载。当然，控制系统仍然需要MCU（图3）。

该软件符合静态（MISRA）和动态性能分析，涵盖延迟，抖动和执行时间。它只需要14 kB的代码存储器和5 kB的SRAM，适合具有较小存储能力的微控制器。