Power Integrations Ab sofort geht es auch ohne Kühlkörper

Ein Wirkungsgrad von bis zu 98,5 Prozent und eine 
effiziente Verteilung der Abwärme der Halbbrücken-Treiber machen Kühlkörper für die Hochspannungs-BLDC-Motor-Treiber der BridgeSwitch-Familie überflüssig und empfehlen sie damit vor allem für Anwendungen in Haushaltgeräten und 
in der Leichtindustrie.
Ein Wirkungsgrad von bis zu 98,5 Prozent und eine effiziente Verteilung der Abwärme der Halbbrücken-Treiber machen Kühlkörper für die Hochspannungs-BLDC-Motor-Treiber der BridgeSwitch-Familie überflüssig.

Mit der neu entwickelten BridgeSwitch-Familie bringt Power Integrations Halbbrücken-Motor-Treiber für Haushaltgeräte-Anwendungen auf den Markt, die Kühlkörper überflüssig machen, die Zertifizierung von Software beschleunigen und die Systemgesamtkosten reduzieren.

Zu den Aufgabenstellungen des Entwicklungs-Teams zählte die Auseinandersetzung mit den besonderen Herausforderungen des aufstrebenden BLDC-Marktes und immer strengeren Energieverordnungen. So kommt etwa eine Untersuchung des Marktforschungsinstituts IHS zu dem Ergebnis, dass der weltweite Einsatz bürstenloser Gleichstrommotoren von 2018 bis 2023 von etwa  450 auf rund 750 Millionen Motoren ansteigen wird.

Mit der Entwicklung der BridgeSwitch-Familie widmet sich Power Integrations nun einem für das Unternehmen völlig neuem Marktsegment und bringt Hochspannungs-BLDC-Motor-Treiber-ICs auf den Markt, die Energie und Platz sparen und zugleich die Anzahl der benötigten Bauteile reduzieren. Für Entwickler vereinfacht sich damit das Schaltungsdesign, die Einhaltung von Sicherheitsstandards wird für sie leichter, und sie sparen Entwicklungszeit. Mit der BridgeSwitch-Familie steht ihnen dabei eine Plattform von vier ICs zur Verfügung, die Ausgangsströme von 1 bis 5,5 A und Effektivströme von 0,22 bis 1 A bieten.

Integraler Bestandteil der BridgeSwitch-ICs sind High- und Low-seitig hochentwickelte FREDFETs (Fast Recovery Diode Field Effect Transistors) mit integrierter, verlustfreier Strommessung. In BLDC-Anwendungen für bürstenlose Gleichstrommotoren erzielen die Hochspannungs-BLDC-Motor-Treiber-ICs im Leistungsbereich von 30 bis 300 W deshalb Wirkungsgrade von bis zu 98,5 Prozent.

Dieser hohe Wirkungsgrad, in Verbindung mit der effizienten Verteilung der Abwärme durch die Halbbrücken-Treiber über die gesamte Grundfläche hinweg, macht Kühlkörper in den Applikationen überflüssig. Das spart Kosten und Gewicht. Durch ihre integrierte, verlustfreie Strommessfunktion, Busspannungsüberwachung sowie Temperaturüberwachung auf Systemebene eignen sich die neuen ICs ideal zur Ansteuerung von BLDC-Motoren in Haushaltsgeräten. Ein Applikationsbereich, der IGBT-basierten Lösungen vorbehalten war. Zu den typischen Anwendungen zählen deshalb Kühlschrank-Kompressoren, Ventilatoren in Klimaanlagen sowie Pumpen und Lüfter im Wohnbereich und in der Leichtindustrie.

Bestandteil der 600-V-FREDFETs in den BridgeSwitch-ICs sind schnelle Body-Dioden mit ultra-softem Recovery-Verhalten. Dies hat eine drastische Verringerung der Schaltverluste und des Schaltrauschens zur Folge und schlägt sich in einer entsprechenden Verbesserung des EMV-Verhaltens des Gesamtsystems nieder. Darüber hinaus bieten die selbstspeisenden BridgeSwitch-ICs interne Schutz- und Systemüberwachungsfunktionen sowie eine robuste Eindraht-Status-Update-Schnittstelle für die Kommunikation zwischen dem Motor-Mikrocontroller und bis zu drei  Hochspannungs-Halbbrücken-Motor-Treiber-ICs.

Dem Entwickler bieten die neuen Treiber-ICs zudem die Möglichkeit, individuelle Grenzwerte für die High- und Low-seitigen Ströme vorzugeben. Auf externe Schaltungen zum Schutz vor Unterbrechung, Kurzschluss der Motorwicklung oder entsprechende Vorkehrungen im Mikrocontroller-Programm können die Entwickler deshalb verzichten. Zudem ermöglicht die interne, verlustfreie Stromüberwachung einen Hardware-basierten Motor-Fehlerschutz und erleichtert es so, die Anforderungen der Standards IEC 60335-1 und IEC 60730-1 einzuhalten.

Unterstützt werden von den BridgeSwitch-ICs PWM-Frequenzen bis 20 kHz. Darüber hinaus besitzen die ICs einen Kleinsignalausgang, der eine Spannung liefert, die den FREDFET-Drain-Strom und somit den positiven Motorwicklungsstrom in Echtzeit widerspiegelt. Als Sicherheitsfunktionen bieten die ICs eine zweistufige IC-Übertemperaturerkennung, eine in jedem Zyklus wirksame, High- und Low-seitige Strombegrenzung sowie DC-Bus-Über- und -Unterspannungserkennung mit Meldung an den Mikrocontroller an.

Kompatibel sind die Hochspannungs-BLDC-Motor-Treiber-ICs mit allen gängigen Steuerungsalgorithmen – feldorientierter Steuerung (FOC), sinus- und trapezförmige Modi mit sensorbasierter oder sensorloser Erkennung. Einzelheiten dazu sind in den Referenzdesigns DER-654 (im Zusammenspiel mit jedem verfügbaren Mikrocontroller), DER-653 (Toshiba MCU TMP375FSDMG) und DER-749 (Princeton PT2505) enthalten. Untergebracht sind die Treiber-ICs in InSOP-24-C-Gehäusen, kompakte SMT-Gehäuse mit Kriechstrecken von über 3,2 mm und zwei freiliegenden Pads zur Wärmeabfuhr über die Leiterplatte. Bei Bestellungen im 10.000er-Bereich liegen die Netto­stückpreise bei 1,69 Dollar.