单相 BLDC 电机驱动设计的软件接口

在 PCIM 期间，Power Integrations 展示了嵌入式“C”代码应用程序、库和控制 GUI，使设计人员能够使用该公司的 BridgeSwitch 无刷直流 （BLDC） 电机驱动器 IC 精确控制和调整单相电机。在接受《电力电子新闻》采访时，Power Integrations 高级营销经理 Cristian Ionescu-Catrina 强调了每个电机驱动器的新生态设计如何进入消费领域。“新法规增加了效率挑战：要求洗碗机的效率提高 30%，欧盟的目标是到 2035 年节能 $20B，”Ionescu-Catrina 说。这使我们能够通过新的解决方案简化故障诊断和设计，以更低的可听噪声和精确控制满足市场需求，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。

BridgeSwitch BLDC 电机驱动 IC 通过集成、灵活的半桥支持新兴市场需求，该半桥无需散热器即可驱动高达 400 W。BridgeSwitch 通过硬接线保护和整个逆变器的监控来驱动单相或三相电机。Ionescu-Catrina 指出，电机控制应用的设计需要复杂的解决方案，而在硬件和软件上简化流程是所有设计人员的要求。目前，软件示例适用于特定的电机，并且没有用于定制的内置机制。此外，传统的逆变器解决方案缺乏诊断功能，依赖软件通过符合 IEC-60730 的安全等级 B，比硬件解决方案需要多两到三个月的时间进行认证。

“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。“电机控制应用需要定制 ［并］ 拥有最佳操作区域；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，您有气流；在 y 轴上，您有气压，并且每种类型的风扇都有一个最佳运行区域，”他详细说明。“因此，要使风扇进入该运行模式，定制和调整是必要的。因此必须优化电机；它们必须经过调整才能在该最佳操作区域内运行，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，例如涉及比例积分控制常数的速度控制。而这也需要Kp参数等配置。此外，许多设计人员还希望从内存和带宽的角度优化 MCU，以最大限度地减少 PCB 空间和热量。所有这一切都可以通过 Power integrations 今年在 PCIM 上展示的新软件实现。”

图 1：电机控制应用需要定制。（来源：Power Integrations）

无刷电机

BLDC 电机比有刷电机提供更高的效率和可靠性。它们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来最小化总功率损耗并简化设计。驱动器是 BLDC 控制的基本元件。它是一种功率放大器，产生电压输出来驱动H桥电路的大电流高侧和低侧IGBT栅极。

为了满足未来的需求，Power Integrations 在 PCIM 上展示了使用 BridgeSwitch 系列的单相电机系统设计的新 GUI，适用于高达 400 W 的 BLDC 电机。这款高压半桥电机的效率为 99.2%，无需散热器，并减少软件认证时间和费用。Power Integrations 的 BridgeSwitch 驱动器系列具有先进的快速恢复外延二极管场效应晶体管 （FREDFET），具有集成的无损电流检测功能。

通过接口，现在可以控制电机的启动和停止，以及保护参数，无需任何外部仪器即可监控电机的状态。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）

“该界面允许您实时对多种配置进行所有更改，”Ionescu-Catrina 说。“每次进行更改时，微控制器及其软件中的配置都会更新。无需重新编译，一切都是实时发生的。”

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、电流误差和速度误差。软件界面中的诊断字段提供对逆变器和电机运行的深入了解。

新软件附带用于恒速和恒转矩操作的即用型应用示例，所有这些都符合 IEC6730 A 类标准。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 代码存储器和 5 kB SRAM，适用于具有小存储器容量的微控制器。　　

      审核编辑：彭静