Sat. Jun 25th, 2022

Power Integrations da un paso hacia un nuevo territorio con su primera familia de circuitos integrados de motor BLDC, la familia BridgeSwitch.

La familia de circuitos integrados BridgeSwitch ™ emplea FREDFET de lado alto y lado bajo (transistores de efecto de campo de diodo epitaxial de recuperación rápida). Esto, combinado con una huella térmica distribuida de medio puente (IHB) integrado, elimina cualquier necesidad de un disipador de calor externo, ahorrando el valioso peso del sistema. Los circuitos integrados alcanzan una eficiencia de conversión de hasta el 98.5% en aplicaciones de motor de CC sin escobillas (BLDC) de hasta 300 W.

El paquete IC de BridgeSwitch. Imagen de Power Integrations

Un primer paso para las integraciones de energía

Power Integrations tiene una larga trayectoria en el campo de los convertidores de potencia AC-DC, pero este es su primer CI de impulsión de motor BLDC. Según Andrew Smith, Director de Capacitación en Power Integrations, el salto a los motores es natural porque ambos tipos de productos giran en torno a la eficiente conmutación de la potencia miles de veces por segundo.

El gerente senior de marketing de productos, Cristian Ionescu-Catrina, afirma que "Hemos analizado los desafíos planteados por el creciente mercado de BLDC y las regulaciones de uso de energía cada vez más estrictas en todo el mundo, y produjimos una solución innovadora que ahorra energía y espacio al tiempo que reduce la lista de materiales. . Esto facilita el cumplimiento de las normas de seguridad, simplifica los circuitos y reduce el tiempo de desarrollo ".

Simplificando el diseño de circuitos

Los circuitos integrados BridgeSwitch cuentan con protección integrada del dispositivo y monitoreo del sistema con una interfaz de actualización de estado de un solo cable, que permite la comunicación entre el motor-microcontrolador y hasta tres dispositivos BridgeSwitch. La necesidad de proteger el sistema de los bobinados del motor abiertos o en cortocircuito se elimina mediante la instalación del nuevo BHI para configurar la corriente del lado alto y del lado bajo.

La protección de falla de motor basada en hardware simplifica la tarea de conformidad con IEC60335-1 e IEC60730-1.

Las pérdidas durante la conmutación y la generación de ruido se reducen mediante los diodos corporales de recuperación ultra suave incorporados por los FREDFET de 600 V utilizados en los circuitos integrados BridgeSwitch. La EMI se reduce, lo que facilita la EMC.

Power Integrations 'de la familia de circuitos integrados de BridgeSwitch. Fuente de la imagen: Integraciones de energía.

Motores de corriente continua sin escobillas vs. motores de corriente alterna

Otra de las razones por las que Power Integrations se siente cómodo al entrar en este nuevo espacio, según Smith, es que gran parte de la industria está cambiando de los motores de CA a los motores BLDC.

En un motor comúnmente usado en el pasado, los cepillos transportan energía eléctrica a la armadura de un motor eléctrico. Son piezas mecánicas molestas que son una fuente de chispas, EMI y falla del motor.

Diagrama simplificado de un motor de corriente continua sin escobillas. Imagen (modificada) de la sección de motor BLDC del libro de texto AAC

En esta sección transversal de un motor de CC sin escobillas, el imán permanente norte / sur está montado perpendicularmente en la armadura del motor.

Un controlador como el interruptor de potencia de BridgeSwitch detectaría que el polo sur del imán está adyacente al electroimán H3, y enviaría energía a H3, lo que provocaría que se convirtiera en un imán del polo norte, lo que provocaría que el imán permanente de la armadura se alejara, tirando de la armadura junto con ella.

Cuando el extremo opuesto de la armadura, el imán del polo norte, alcanza la siguiente bobina, su posición es detectada por el conductor, que en el momento correcto energiza la bobina de manera que mantiene la armadura en movimiento en su trayectoria giratoria.

Por lo tanto, de esta manera, los cepillos mecánicos molestos se eliminan en favor de semiconductores confiables.

Aunque los motores sin escobillas son más complejos, explica Smith, son más eficientes, más compactos y tienen una vida útil más larga.

Especificaciones de la familia BridgeSwitch ™

Los circuitos integrados son compatibles con todos los algoritmos de control comunes: modos de control de campo orientado (FOC), sinusoidal y trapezoidal con detección sin sensor y sin sensor.

  • Las unidades pueden operar en frecuencias PWM de hasta 20 kHz
  • Se notifica la corriente de drenaje FREDFET, que refleja la corriente de bobinado del motor positiva.
  • Detección de sobrecalentamiento
  • Sobretensión del bus de CC y protección contra subtensión.

Si bien el aumento de la eficiencia al 98.5% puede no parecer drástico, debido a las grandes cantidades de energía involucradas, la ventaja del 1% sobre la competencia significa que alrededor de 1/3 de la reducción de calor debe ser disipada por el IC.

Eficacia del inversor. Fuente de la imagen: Integraciones de energía.

Debido a que hay muchas consideraciones de seguridad integradas en los miembros de la familia BridgeSwitch, la MCU tiene menos que hacer. Gran parte del software MCU eliminado estaría sujeto a requisitos de certificación difíciles de eliminar, eliminando así una tarea de diseño que requiere mucho tiempo.

BridgeSwitch está disponible en paquetes InSOP-24C, y las distancias de fuga son de 3.2 mm o más. Las muestras de circuitos integrados BridgeSwitch están disponibles ahora. Puede aprender más del soporte técnico de Power Integrations.

Fuente de la imagen: Integraciones de energía.

Diseños de referencia del inversor trifásico BridgeSwitch

En electronica 2018, Power Integrations está demostrando tres diseños de referencia para mostrar las capacidades de la familia BridgeSwitch. Los diseños varían en potencia, método de control y microcontrolador, aunque los dos últimos difieren principalmente para demostrar sus capacidades.

La línea actual de diseños de referencia de la familia BridgeSwitch.

DER-653

El primero es el diseño de referencia DER-653 destinado a aplicaciones de motor BLDC de alto voltaje:

  • BridgeSwitch IC: BRD1165C
  • Potencia de salida del inversor: 300W
  • Microcontrolador: Toshiba TMP375FSDMG
  • Sensor: Sin sensor
  • Método de control: FOC

El diseño de referencia DER-653.

DER-654

El siguiente es el DER-654, también para aplicaciones de motor BLDC de alto voltaje:

  • BridgeSwitch IC: BRD1265C
  • Potencia de salida del inversor: 300W
  • Microcontrolador: Alguna
  • Sensor: sensor de pasillo
  • Método de control: Alguna

El diseño de referencia DER-654.

DER-749

Finalmente, está el DER-749, destinado a motores BLDC de alto voltaje en aplicaciones de ventiladores:

  • BridgeSwitch IC: BRD1260C
  • Potencia de salida del inversor: 40W
  • Microcontrolador: Princeton PT2505
  • Sensor: sensor de pasillo
  • Método de control: Sinusoidal

El diseño de referencia DER-749.

La creciente importancia de los motores de CC sin escobillas

Apoyando la idea de que los motores BLDC son el camino del futuro es la larga lista de fabricantes involucrados en su producción.

El DRV10983 de Texas Instruments puede suministrar corriente de accionamiento de hasta 2 amperios. Al igual que los miembros de la familia BridgeSwitch, mucho está incluido y se requieren pocos componentes externos.

Controlador de control de motor BLDC sin sensor DRV10983 de TI. Imagen cortesía de Texas Instruments.

El A4964 de Allegro, por otro lado, no incluye semiconductores de potencia internos. Este dispositivo requiere el uso de MOSFET de alimentación externa.

Está claro que el dominio de este tipo de dispositivo está creciendo y Power Integrations está saltando a la refriega.

¿Cuál es tu experiencia con los motores BLDC? ¿Qué te ha destacado este año en las tendencias BLDC? Háganos saber en los comentarios a continuación.

By Maria Montero

Me apasiona la fotografía y la tecnología que nos permite hacer todo lo que siempre soñamos. Soñadora y luchadora. Actualmente residiendo en Madrid.