發(fā)力電機(jī)、鐵路、汽車領(lǐng)域，PI放大招

一年一度的PCIM EUROPE于5月3日-5月7日在線上舉行，Power Integrations（下文簡稱PI）作為參展商之一，展出了三款主力產(chǎn)品及其新產(chǎn)品，分別面向電機(jī)、鐵路、汽車等應(yīng)用。21ic記者對話PI資深培訓(xùn)經(jīng)理閻金光Jason Yan，共同探討這三款獨具優(yōu)勢的新產(chǎn)品。

1、電機(jī)：BridgeSwitch增加配套軟件

首先被PI展出的新產(chǎn)品是針對其BridgeSwitch產(chǎn)品的配套軟件，該軟件面向單相電機(jī)驅(qū)動設(shè)計，具有圖形用戶界面（GUI）軟件。

在介紹這款配套軟件前，需先了解BridgeSwitch產(chǎn)品的特性。根據(jù)Jason Yan的介紹，BridgeSwitch是在新興市場下應(yīng)運(yùn)而生的集成半橋電路（IHB）的電機(jī)驅(qū)動器IC產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)極高的效率，可省去散熱片，基于硬件方式實現(xiàn)的保護(hù)特點可以大幅縮減軟件認(rèn)證時間及成本。

據(jù)悉，以往的IPM（Intelligent Power Module）模塊中集成了6個開關(guān)，每兩個開關(guān)驅(qū)動一相電機(jī)，從而驅(qū)動三相電機(jī)。BridgeSwitch內(nèi)部則是集成了兩個開關(guān)，構(gòu)成靈活的半橋電路，這樣既可以驅(qū)動三相電機(jī)，也可以驅(qū)動單相電機(jī)。

驅(qū)動三相電機(jī)時，需要使用3個BridgeSwitch器件，每個器件的半橋電路分別驅(qū)動每相繞組，因此微控制器也需要控制三組器件。Jason Yan坦言，三相電機(jī)總體來講性能是最佳的，但從成本上來看越來越多產(chǎn)品會采用單相電機(jī)。

驅(qū)動單相電機(jī)時，則只需2個BridgeSwitch器件，構(gòu)成全橋逆變器，驅(qū)動一相繞組即可。這樣的設(shè)計之下，不僅節(jié)約了成本，整體的體積和重量都會縮小，控制的方式也會變得更加簡單。

雖然BridgeSwitch在三相和單相中都可以靈活運(yùn)用，不過這款產(chǎn)品的定位主要還是無刷直流電機(jī)（BLDC）驅(qū)動市場。由于BLDC明顯擁有更低的音頻噪聲和更精準(zhǔn)的控制，這個市場正在極速擴(kuò)張，空調(diào)、制冷/制濕型家電、電風(fēng)扇，工業(yè)用泵等都是BLDC的典型應(yīng)用場合。

快速增長之下，無疑會對電機(jī)及驅(qū)動電路提出更高的要求。一方面，新的能效法規(guī)日漸浮現(xiàn)，電機(jī)輸入功率要求愈發(fā)嚴(yán)格；另一方面，故障診斷單純依賴軟件是不可靠的。正是看到了BLDC驅(qū)動市場存在這些不足和空缺，故而推出了BridgeSwitch系列產(chǎn)品。

除了在結(jié)構(gòu)上頗具靈活性，BridgeSwitch內(nèi)部集成FREDFET，具有快速且超軟恢復(fù)特性的二極管以及無損耗的電流檢測功能。產(chǎn)品使用簡單的單線接口與系統(tǒng)MCU進(jìn)行通訊，屬于基于硬件的保護(hù)，可對整個逆變器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。值得一提的是，IHB驅(qū)動器提供的優(yōu)異效率和分布式散熱方法，完全無需散熱器，有助于降低系統(tǒng)成本和重量。

在了解BridgeSwitch這一產(chǎn)品后，話題回歸軟件。目前來說，越來越多的客戶需求包含有軟件示例及設(shè)計工具在內(nèi)的整體方案。Jason Yan告訴記者，電機(jī)控制設(shè)計中不僅定制化需求強(qiáng)烈，在滿足性能的前提下也希望系統(tǒng)成本有所優(yōu)化，但目前來說還沒有適合單相電機(jī)設(shè)計的設(shè)計工具。

基于這種洞察，PI針對BridgeSwitch這一器件推出配套軟件。需要強(qiáng)調(diào)的是，該款軟件具有圖形用戶界面（GUI），這種直觀的方式使得即使對代碼和電機(jī)應(yīng)用不熟悉的人也能對電機(jī)實際特性表現(xiàn)進(jìn)行調(diào)整。

PI將提供單相BLDC相關(guān)代碼，用戶可直接通過GUI調(diào)整相關(guān)參數(shù)，GUI通過UART與電機(jī)控制MCU進(jìn)行溝通，相關(guān)信號將在內(nèi)部驅(qū)動電路（RDK-872）與MCU間傳輸與反饋，最終調(diào)節(jié)單相BLDC。

值得一提的是，軟件同時支持傳感器控制和無感控制兩種系統(tǒng)架構(gòu)形式，Jason Yan告訴記者，用戶既可以選擇使用霍爾傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置反饋，也可以利用驅(qū)動電路中IPH引腳進(jìn)行位置反饋，從而簡化架構(gòu)，節(jié)約成本。

從功能上來講，PI的這款軟件不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)具體的控制，也能針對電機(jī)進(jìn)行相關(guān)設(shè)定，針對電機(jī)相關(guān)故障和參數(shù)均會以可視化的界面展示給用戶?！皩嶋H上，它真的非常容易使用，因為用戶不需要改變軟件代碼，只需在界面上進(jìn)行操作即遠(yuǎn)程控制。在設(shè)定完成之后，用戶還可以輸出文件，非常易于定制化電機(jī)特性設(shè)定?！?

從用戶角度來說，這款軟件能夠降低新品的上市時間，這是因為軟件易于單相電機(jī)應(yīng)用的設(shè)計和調(diào)試，能夠滿足動態(tài)和靜態(tài)性能分析，還具有高級診斷功能，可傳達(dá)多達(dá)九種不同的故障信息。除此之外，軟件目前已滿足Class A認(rèn)證。

2、鐵路：推出SCALE-2 1SP0630門級驅(qū)動器

Jason Yan告訴記者，鐵路應(yīng)用正在高速增長，但普遍來說鐵路的工作條件較為嚴(yán)酷，需要擁有20至30年的預(yù)期壽命。除此之外，由于鐵路環(huán)境的特殊性，對于高集成度、完善的保護(hù)特性和簡單快速的維護(hù)有著極高的要求。

SCALE-2 1SP0630是一款應(yīng)用于鐵路線的即插即用門級驅(qū)動器，產(chǎn)品專為鐵路應(yīng)用量身定制。這款產(chǎn)品擁有3個特性：

其一，極具耐用性和可靠性。產(chǎn)品擁有保護(hù)涂層用于防止性能受污染物、灰塵和潮濕的影響；擁有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度防止板面彎折及器件損傷情況發(fā)生；擁有堅固的連接器確保連接安全可靠。

其二，易于使用。產(chǎn)品屬于即插即用驅(qū)動器產(chǎn)品系列，擁有完善的保護(hù)特性；擁有良好的可擴(kuò)展性，易于實現(xiàn)多達(dá)三個功率模塊的并聯(lián)；除此之外，擁有適于最新的尺寸為130 x 140mm的功率模塊的結(jié)構(gòu)尺寸及電氣性能。

其三，長壽命及可維護(hù)性。產(chǎn)品不僅擁有耐久的接插件確保維護(hù)的簡單易行，還可按需增加額外的老化工序，并且滿足了最新的鐵路標(biāo)準(zhǔn)。

PI除了能夠提供驅(qū)動器外，也可提供配套的高可靠性要求系統(tǒng)的相關(guān)配件，以滿足鐵路的各種要求。

Jason Yan強(qiáng)調(diào)，PI的大功率開關(guān)驅(qū)動技術(shù)經(jīng)過市場上輸變電、火車頭逆變器等高可靠性應(yīng)用的長期考驗，具備深厚的技術(shù)積累，因此PI從產(chǎn)品質(zhì)量到設(shè)計在業(yè)界都是領(lǐng)先的產(chǎn)品供應(yīng)商。

目前來說，1SP0630V及ISO6125R-33現(xiàn)已就緒批量生產(chǎn)，2021年5月數(shù)據(jù)手冊將完成，2021年5月起可通過代理商渠道得到相關(guān)產(chǎn)品及信息。

3、汽車：InnoSwitch3-AQ新增900V MOSFET

如今的電動汽車行業(yè)，使用的母線電壓越來越高。此前，多數(shù)電動汽車使用400V母線電壓，而現(xiàn)在業(yè)界正在向800V的母線電壓進(jìn)行過渡。800V的母線電壓能夠?qū)崿F(xiàn)更快的充電速度，減低電纜中的電流，實現(xiàn)更少發(fā)熱 (I2R的損耗降低4倍)，電纜線束更少從而減輕重量。

實際上，在新的消費類電動汽車研發(fā)當(dāng)中已經(jīng)有廠商開始采用900V的母線電壓，與先前的400V型號相比其熱損耗僅為原來的五分之一。甚至部分汽車制造商開始考慮采用1000 – 1200V的母線電壓。但這背后，考驗著電源方案滿足不斷增長的母線電壓需要。

根據(jù)Jason Yan的介紹，ISO 26262對牽引逆變器的性能有所規(guī)定，需要在故障情況下也要安全工作，汽車除了有動力電池、輔助電池外，還必須要有應(yīng)急電源（EPS）。PI的InnoSwitch3-AQ系列便是適用于應(yīng)急電源（EPS）的一款反激式開關(guān)芯片，由于母線電壓的增加，這個產(chǎn)品也需要適應(yīng)母線電壓不斷增長的應(yīng)用環(huán)境。

本次發(fā)布會上，InnoSwitch3-AQ基本反激電路將支持集成更高電壓的900V MOSFET INN3996CQ。900V INN3996CQ目前已經(jīng)發(fā)布量產(chǎn)，并且符合AEC-Q100認(rèn)證，根據(jù)現(xiàn)有參考樣板DER-889Q來說，采用StackFET下，能夠?qū)崿F(xiàn)的30-1200VDC輸入范圍設(shè)計。

StackFET是InnoSwitch3-AQ的一項重要技術(shù)，這項技術(shù)增加了設(shè)計的靈活性。具體來說就是在初級側(cè)疊加另一個MOSFET，串聯(lián)后，電壓就是串聯(lián)的MOSFET的電壓加上InnoSwitch3-AQ的電壓，這樣就可增加耐壓。

通過IN3996CQ+StackFET的加持之下，甚至能夠支持高達(dá)1700V的Vds電壓。當(dāng)然，這項技術(shù)也能夠改善750V的 INN3977CQ的電壓應(yīng)力和溫升性能，因此對于客戶來說，可以靈活選擇StackFET來增加耐壓。

根據(jù)介紹，相較于現(xiàn)有的初級檢測穩(wěn)壓（PSR）方案來說，PI的FluxLink技術(shù)可以去除光耦，即使在負(fù)載處于瞬態(tài)變化期間也能確保精確的穩(wěn)壓精度。

相較于初級檢測方案，InnoSwitch3-AQ擁有優(yōu)秀的電壓精度及穩(wěn)壓范圍(<±2%)、多路輸出、同步整流、元件數(shù)目低的優(yōu)勢。

除了上述優(yōu)點，InnoSwitch3-AQ的空載輸入功率極低，待機(jī)工作下功耗極小，800V輸入情況下小于36mW。而在負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率上的表現(xiàn)極佳，對于30V至1200V的輸入電壓范圍及空載至滿載的負(fù)載范圍輸出精度優(yōu)于+1% /-3%。

通過擴(kuò)展900V MOSFET IN3996CQ，InnoSwitch3-AQ的方案適合于母線電壓增加的EPS使用需要。