Power Integrations — ведущий поставщик высоковольтных интегральных схем для импульсных источников питания. Компания известна разработками в области микросхем для AC/DC-преобразователей, которые обеспечивают компактное и энергоэффективное решение в широком диапазоне мощностей — от единиц до сотен Вт. Наши микросхемы применяются в источниках питания для мобильных устройств, настольных компьютеров, бытовой техники.
Сегодня мы занимаемся также микросхемами для светодиодных драйверов и высоковольтными драйверами затвора IGBT, которые находят применение в таких приложениях, как инверторы солнечных батарей, источники питания электропоездов и др.
Новое направление нашего бизнеса — микросхемы для построения приводов электродвигателей, в частности бесколлекторных двигателей постоянного тока, спрос на которые постоянно растет. Эти изделия широко применяются в бытовой технике, промышленных насосах, компрессорах и другом оборудовании. Важнейшая задача в данной сфере — повышение КПД, от этого в первую очередь зависит энергопотребление, а следовательно, и стоимость эксплуатации.
Мы рассматриваем это направление как чрезвычайно перспективное для нашей компании, поэтому представили на выставке electronica-2018 новейшее решение — семейство интегрированных высоковольтных драйверов электродвигателей постоянного тока BridgeSwitch.
Микросхемы, содержащие полумостовой силовой каскад, обеспечивают КПД до 98,5%, в то время как в конкурирующих решениях данный параметр составляет, как правило, около 97%. Это обеспечивает нам ключевое преимущество на рынке. Прирост КПД всего на 1,5% гарантирует значительное снижение потерь, а значит и стоимости системы охлаждения, потребляемой электроэнергии. Благодаря этому можно отказаться от внешнего радиатора, что существенно упрощает и снижает стоимость разработки и производства высоковольтных двух- или трехфазных приводов двигателей с постоянными магнитами и бесколлекторных двигателей постоянного тока.
Микросхема семейства BridgeSwitch содержит контроллеры и драйверы верхнего и нижнего плеча, а также два высоковольтных (600-В) мощных n-канальных транзистора со встроенным быстрым диодом — FREDFET, включенных по полумостовой схеме. Встроенные в транзисторы быстрые диоды характеризуются минимальным временем обратного восстановления, что достигается благодаря специальным технологическим приемам, сокращающим время жизни носителей заряда в кремнии. FREDFET идеально подходят для построения инверторных приводов двигателей с жестким переключением. Для драйверов верхнего и нижнего плеча в микросхемах BridgeSwitch предусмотрено автоматическое смещение, поэтому отпадает необходимость в дополнительном источнике питания.
Контроллеры драйверов оснащены высоковольтными источниками тока, что позволяет потреблять ток прямо из высоковольтной шины постоянного тока. Контроллеры также обеспечивают управление скоростью переключения FREDFET (транзисторы отключаются быстрее, чем включаются), чтобы достичь оптимального соотношения между тепловыми характеристиками и уровнем электромагнитных помех.
Для того, чтобы упростить реализацию системы бездатчикового векторного управления двигателем в микросхемах BridgeSwitch предусмотрен специальный выходной сигнал мгновенного значения тока фазы. Они также оснащены встроенными схемами защиты, в том числе пошаговым ограничите FREDFET и двухуровневой защитой от перегрева. Предусмотрена возможность внешнего мониторинга состояния микросхемы с помощью системного микроконтроллера. В систему мониторинга включены схема слежения за напряжением на шине питания (4-уровневый контроль понижения и 1-уровневый контроль повышения напряжения питания), а также вход подключения внешнего NTC-термистора для контроля температуры системы. Мониторинг состояния микросхемы обеспечивается через однопроводный двунаправленный интерфейс.
Микросхемы предлагаются в низкопрофильном корпусе для поверхностного монтажа с увеличенным расстоянием между выводами и встроенными контактными площадками радиаторов для отвода тепла от двух FREDFET.
Основные области применения семейства BridgeSwitch: двух или трехфазные инверторные приводы двигателей с выходной мощностью до 300 Вт, бытовая техника (холодильники, посудомоечные машины, вытяжки), системы кондиционирования воздуха, а также оборудование промышленной автоматики.
На нашем стенде представлены три демонстрационные платы, созданные на базе семейства BridgeSwitch: DER-653, DER-654 и DER-749.DER-653 — это трехфазный инвертор высоковольтных бесколлекторных двигателей постоянного тока. На плате установлены три микросхемы BRD1165C семейства BridgeSwitch, микросхема для неизолированных источников питания еще одного семейства Power Integrations — LinkSwitch-TN2, а также 32-разрядный микроконтроллер от Toshiba для векторного управления двигателями. Решение обеспечивает выходную мощность в 300 Вт, ток фазы двигателя 0,9А и КПД 97%.
Еще одно решение — DER-654 — трехфазный инвертор высоковольтных бесколлекторных двигателей постоянного тока мощностью 300 Вт, в котором, в отличие от DER-653, используются три микросхемы BRD1265C семейства BridgeSwitch, оснащенные выходным сигналом мгновенного значения тока фазы, его КПД превышает 98%.
Журнал «Электроника Наука | Технологии | Бизнес» № 3 (00184) 2019 г.
