据不完全统计，我们日常生活中消耗的能量中有50%~60%，是被电机消耗掉的。在我们的家庭当中，冰箱中的压缩机，空调的室内机、室外机等，都是由电机带动。在工业中，任何旋转、把电能转换成机械能的地方，都需要使用电机。
传统的有刷直流电机的绕组换相是采用电刷来完成。这类电机的缺点是，第一，随着时间的推移，电刷会产生磨损，而影响电机的使用寿命，或需要定期更换电刷。第二，电刷摩擦会产生热量，降低电机换能效率。第三，电刷摩擦会产生拉弧放电现象，而产生EMI（电磁干扰）问题。因此，有刷电机不适合用于速度较高的应用场合，而且其缺点随电机应用功率的加大愈发明显。越来越多的电机应用会转换到无刷直流电机（BLDC）。
无刷电机是靠开关管来换相（电子换相）。包括单相电机和三相电机。需要采用逆变器将直流电转换成交流电，从而改变电机绕组中的磁场方向。三相无刷直流电机包含三个绕组，可以采用星形或三角形连接。因此，电机驱动涉及三个桥臂电路，包含上管和下管，即桥式电路。
传统的电机驱动应用，通常采用IPM（集成功率模块），即集成了功率开关的模块来控制。其对于三相应用集成了三个桥臂，即6个开关管。
日前，PI（Power Integrations）公司推出了一种新的驱动器——BridgeSwitch。相比IPM模块，它在一个器件中只集成了2个开关管，这样做的原因（好处）是什么？另外，它的效率进一步提高，这对于驱动电源来说，又有怎样的好处？
PI公司资深技术培训经理阎金光
PI公司资深技术培训经理阎金光介绍说，BLDC包含众多应用，如工业用泵、电风扇、“制冷型”家电（即冰箱、冰柜等带压缩机的家电）、“制湿型”家电（洗碗机、洗衣机等）和空调等。从下图的IHS统计来看，从2018年到2023年，其复合年增长率将急剧增加。
交流电机频率比较低，由于采用电刷进行换向，其噪音比较明显，而在家电应用中讲究用户体验，希望噪声低。BLDC很好地适应了家电应用中对于高效率、低噪音及高可控性的要求。根据不同的应用，采用相应种类的电机及算法可以极大地改善用户体验，同时增加产品使用寿命，增加可靠性。
BLDC的驱动器都由逆变器构成，那么逆变器的效率改善会带来哪些影响呢？
以输入功率为260W的应用来看，当逆变器的效率是97%时，其功耗是7.8W，即逆变器中需要耗散的功率。若采用的是IPM模块，则在很多情况下都会加一个散热片来把这个热量散掉，阎金光表示。若将逆变器的效率提高到98%，则需要逆变器耗散的功耗降低到5.2W，节省的功率为2.6W。虽然这个功率相对于输入功率很小，但由于逆变器（IPM）封装的尺寸非常小，通常内部集成了六个开关器件，因而效率要做得很高，才能把封装的温度降下来（功耗会使温升急剧增加）。1%的效率改善（对应发热降低33%），有可能使温度由原来的100多℃降低到70~80℃。
在家电当中有个重要指标是TEC（总能耗）。它按电器在一年当中消耗的功率来计算，包括待机功耗和使用功耗，二者依标准所规定的计算公式，按照不同比例加权相加后，需满足国际能效法规的要求。而包含电机的家电应用中，电机驱动器的效率直接对使用功耗产生影响。因而更高效率意味着更加易于满足TEC要求。
此外，能效提高可以使旧有设备在满足能效法规的情况下，多出的功率裕量可以用来给现有产品增加新的功能。例如，家用电器现在最火的概念是IoT，假如我们希望在下班的时候提前打开家里的空调，这需要通过网络来实现。IoT产品通过IoT模块（远程控制功能）来实现，它会不停地接收家里的WiFi信号，看是否有指令下发，因此会有一定的功率消耗。而前述节省下来的2.6W功率就足够支持IoT模块接收电路的工作，这样就能在不影响总能耗指标的情况下给现有产品增加新的功能，给用户带来更好的体验。
BridgeSwitch在一个芯片当中集成了一个半桥臂电路，即一个上管和一个下管，各自有一个驱动电路。如下图所示，它适合于30~300W的BLDC逆变器驱动应用。BLDC包括高压直流和低压直流——在汽车产品中用的有24V，但在家电应用中高压用的却比较多。高压有什么好处？虽然高压会带来安全问题，但电压越高，电流越小，进而可以降低损耗（I2R）。因此若采用高压直流电机，整个系统的效率可以比低压直流电机做得高一点。家电产品用的母线电压通常都是300V左右，也就是电机驱动逆变器的母线电压。
它集成的FREDFET（快恢复外延型二极管场效应管）规格是600V。这种开关管是专门针对电感性负载应用而进行了优化，特别适合于电机类负载的电流换向应用。
另外，它一个器件中集成的是2个开关器件，而传统的IPM模块是集成6个开关器件。6个开关器件集成在一个器件中，温升会很高。将它们做到3个不同的器件上，则可以使温升大幅下降，从而做到无需使用散热片的设计。“在家电设计中，客户最怕的就是安装散热片，因为它涉及到可靠性问题，如安装一致性、运输当中的振动、跌落试验等均要求散热片能够保证散热良好。如果你不需要散热片，而仅靠PCB来散热，就不需要担心各种机械应力对系统散热会产生影响。”阎金光表示。
高压自供电有什么好处？传统的IPM需要采用双路电源——15V和5V，15V给驱动器供电，5V给MCU供电。15V可以给下管驱动器直接供电，上管还需要加一个自举二极管。如果逆变器驱动本身能够实现自供电的话，则可以简化辅助供电电源的设计——只需要单路输出的电源给MCU供电即可，并可省去这个自举二极管，带来成本节省。
最后，它提供全面的保护和监控特性，如过流、欠压/过压和过温保护。传统上，由于封装很小，PIN脚数目受限，不可能把保护功能做得非常完善。那传统电路怎么来做保护？传统的保护（如过压保护）由MCU通过软件（增加MCU负担）和外围电路（增加成本）来完成。BridgeSwitch提供SM（系统监测）引脚，可以用它来做很多保护组合，比如可以同时实现输入电压监测及系统过温监测。而FAULT引脚可以把内部的过温故障、过流故障等发给MCU。由MCU最终决定是否采取动作（比如降速运行；当然，过温达到极限时仍会自行切断），非常智能。
系统MCU提供PWM驱动信号到三个BridgeSwitch驱动器当中，来驱动相应的上管和下管。单线故障报告接口通过脉冲的方式报告故障，从而可节省引脚数。相电流大小可以通过相电流信息引脚上的电阻读出。这在某些应用当中可以用来检测转子的位置（无感检测，当然需要与算法相配合）。ID引脚通过不同连接方式，可以在出现故障时告诉MCU，是哪个部位在汇报状态。（另外，三相逆变器驱动应用中，若其中有一个桥臂损坏，可以只更换这一个器件，而不用像IPM那样需全部替换。）XH和XL这两个电阻用来设定上管和下管的限流点。SM具有多种连接组合，进而可组合来做多种保护——既可以连接到母线电压来做过压保护，也可以连接到温敏电阻来做系统过温保护，也可以连接三极管来做客户自定义的检测保护。
下面是BridgeSwitch和IPM实测温升对比（风扇应用），118℃的情况下，PCB很可能耐受不住。使用IHB架构的BridgeSwitch则可以将热量均分至不同器件上，从而将器件温升大幅降低。
此外，BridgeSwitch采用硬件方式实现过流保护， 且上管和下管电流均进行逐周期的限流。相对于传统用软件实现保护的方式，硬件实现的方法可以大大降低软件的负担，提高软件的代码执行率，节省外围检测电路的成本。同时也可以极大简化软件的认证成本及认证时间。
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