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20 Trend Guide Leistungshalbleiter 2022 www markttechnik de Fokus was zu zusätzlichen Kosten und Ineffizienzen in der gesamten Lieferkette sowie zu unzufriedenen Verbrauchern führt So kann die Nutzung des IoT die Fernüberwachung von Gebrauchsgüter ermöglichen allerdings muss das Design dafür sinnvolle und kostengünstige Fehlerdiagnoseund Schutzfunktionen unterstützen Zur Bewältigung dieser Herausforderungen können Entwickler auf die BridgeSwitch-Familie von Power Integrations zurückgreifen Dabei handelt es sich um selbstversorgte Hochspannungs-Halbbrücken-Motortreiber-ICs mit integriertem Schutz Systemüberwachungsund Berichtsfunktionen die einen höheren Wirkungsgrad eine größere Designflexibilität sowie eine verbesserte Zuverlässigkeit von Wechselrichter und Swwystem bieten Bild 1 Hoher Wirkungsgrad vereinfacht das Wärmemanagement So vereinfachen die integrierten Halbbrücken von BridgeSwitch die Entwicklung und Produktion von umrichtergesteuerten einoder dreiphasigen Antrieben für Permanentmagnet-PM oder bürstenlose BLDC Hochspanungs-Gleichstrommotoren BridgeSwitch-ICs enthalten ein proprietäres momentanes Phasenstrom-Ausgangssignal das die Entwicklung von sensorlosen Steuerungen erleichtert Diese ICs enthalten zwei 600-V-N-Kanal-Leistungs-FREDFETs mit High-Sideund Low-Side-Treibern in einem oberflächenmontierten Small-Outline-Gehäuse 13 6 mm × 9 4 mm und 1 35 mm hoch das erweiterte Kriechstrecken bietet und die Kühlung der beiden Leistungs-FREDFETs über die Leiterplatte ermöglicht Bild 2 Die schnellen Dioden in den FREDFETs sind für hart geschaltete Wechselrichterantriebe optimiert Da die Highund Lowseitigen Steuerungen und Treiber selbstversorgend sind ist keine externe Hilfsstromversorgung erforderlich Ein verteilter thermischer Fußabdruck verbunden mit einem Wirkungsgrad von bis zu 99 2 Prozent macht einen externen Kühlkörper bei Nenn-Dauer-Strom überflüssig und reduziert so die Systemkosten die Größe und das Gewicht BridgeSwitch-ICs können bis zu 400 W Ausgangsleistung liefern und eignen sich damit besonders für den Einsatz in Wechselrichtern von Geräten wie Geschirrspülern und Kühlschränken sowie für Kondensatorgebläse in hocheffizienten Klimaanlagen Hardwarebasierter Fehlerschutz spart Kosten und Zeit bei der Zertifizierung In den meisten Wechselrichterdesigns wird der Mikrocontroller MCU zur Überwachung und Reaktion auf Fehlerbedingungen sowie zur Steuerung des Motors verwendet Mit Standardsoftwarepaketen lässt sich die Motorsteuerung einfach und relativ schnell realisieren Fehlerdiagnose und -schutz sind anspruchsvoller und können von Anwendung zu Anwendung stark variieren da sie auf einer Vielzahl verschiedener Sensoren zur Überwachung von Phasenströmen Systemübertemperaturen Vibrationen und anderen Systemparametern basieren Die Programmierung der MCU zur Auswertung der Sensoreingänge und zur Implementierung des Schutzes in der für die Zertifizierung nach internationalen Normen erforderlichen Weise ist eine komplexe Aufgabe Da die Zertifizierung der Überwachungsund Steuerungssoftware ein zeitund kostenaufwendiger Prozess ist verzögert er die Markteinführung oft Andererseits erfüllt der hardwarebasierte Motorfehlerschutz in den BridgeSwitch-ICs die Anforderungen für anormalen Motorbetrieb gemäß IEC 60335-1 und IEC 60730-1 ohne auf eine Software zur Steuerung angewiesen zu sein dadurch sinken die Kosten und die Markteinführung wird beschleunigt Durch die sich daraus ergebende Möglichkeit eine Software der Klasse Agemäß IEC 60730-1 zu verwenden lassen sich zwei Monate Zertifizierungszeit einsparen wobei die Verwendung von BridgeSwitch-ICs zudem den Sicherheitsgenehmigungsprozess für Produktsoftware-Updates vereinfacht BridgeSwitch verbindet umfassende interne Fehlerschutzfunktionen mit externen Überwachungsund Berichtsfunktionen auf Systemebene über einen bidirektionalen Fault-Bus Bild 3 Dabei umfasst der interne Fehlerschutz einen zweistufigen thermischen Überlastschutz sowie einen hardwareprogrammierbaren zyklusweisen Überstromschutz für beide FREDFETs Auf der Systemebene umfasst die Überwachung vier Unterspannungspegel und einen Überspannungspegel auf dem Hochspannungs-Gleichstrom-Bus sowie externe Sensoren wie beispielsweise einen NTC-Temperatursensor einen Schwingungssensor sowie die Möglichkeit einen blockierten Motor eine abgetrennte Motorphase oder eine laufende Überlast zu erkennen Auf einer Open-Drain-Architektur basierend ermöglicht der einadrige Fault-Bus den BridgeSwitch-ICs Statusaktualisierungen mittels eines 8-bit-Worts zu senden wobei das achte Bit eine ungerade Parität liefert um die Signalintegrität sicherzustellen Er wird außerdem von der MCU zum für die folgenden Zwecke verwendet • Senden von Befehlen an die BridgeSwitch-ICs • Senden von Abfragen an die BridgeSwitch-ICs zur Statusaktualisierung • Senden von Rücksetzbefehlen an ICs die wegen eines Übertemperaturfehlers abgeschaltet sind Bi ld er Pow er In te gr at io ns Bild 1 BridgeSwitch verbindet hohe Effizienz mit umfassender Fehlerüberwachung und -meldung blauer Text für erhöhtestemund Wechselrichterzuverlässigkeit Bild 2 Die Ansicht der Unterseite des BridgeSwitch-InSOP-24C-Gehäuses zeigt die erweiterte Kriechstrecke unten rechts und die Kühlpads für die Highund Lowseitigen FREDFETs