提高輔助技術(shù)設(shè)備的效率水平

美國(guó)有超過(guò) 5000 萬(wàn)殘疾人士，隨著人口老齡化，這一數(shù)字正在快速增長(zhǎng)。這種狀況重新推動(dòng)了人們開(kāi)發(fā)更精細(xì)的輔助技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)日常生活無(wú)障礙環(huán)境。這需求增長(zhǎng)同時(shí)給半導(dǎo)體供應(yīng)商帶來(lái)了提供創(chuàng)新性高效解決方案的商機(jī)，這意味著輔助設(shè)備將能夠以更長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作、更耐用、更容易使用，而且功能更強(qiáng)大。例如，電動(dòng)輪椅的市場(chǎng)曾經(jīng)受限于一次充電行進(jìn)的距離，但由于最近的技術(shù)進(jìn)步，電池壽命得以延長(zhǎng)，這為殘疾人士開(kāi)創(chuàng)了新的空間。

所有的電池技術(shù)均需要使用特定的充電和放電速率，以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命，因此電池管理系統(tǒng) (battery management system , BMS) 是必須的。BMS 必須提供全面的電池單元保護(hù)功能以應(yīng)付幾乎任何情況。如果電池在特定環(huán)境之外運(yùn)作，必會(huì)導(dǎo)致電池故障，這在電池工作于不良環(huán)境進(jìn)行大功率應(yīng)用及用戶不當(dāng)使用的情況中尤其突出。BMS可以通過(guò)監(jiān)控電池狀態(tài)來(lái)管理充電電池 (電池單元或電池組) ，計(jì)算二級(jí)數(shù)據(jù)、向外部報(bào)告數(shù)據(jù)、保護(hù)電池、控制和/或平衡電池環(huán)境，而半導(dǎo)體器件在滿足這些需求方面發(fā)揮著重要的作用。

利用非常先進(jìn)的硅技術(shù)和封裝技術(shù)，半導(dǎo)體解決方案能夠帶來(lái)較以往更為精細(xì)的輔助技術(shù)。更高效的降壓調(diào)節(jié)器和MOSFET不僅能夠提高產(chǎn)品的效率，更可簡(jiǎn)化實(shí)際的散熱設(shè)計(jì)。這項(xiàng)創(chuàng)新可以顯著減少冷卻應(yīng)用設(shè)備所需的機(jī)械構(gòu)造，并最終節(jié)省總體系統(tǒng)成本。這樣便能夠改善輔助技術(shù)的人體工學(xué)設(shè)計(jì)，使設(shè)備對(duì)用戶更具吸引力。簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并減少過(guò)多的組件可降低終端應(yīng)用的成本，讓更多的殘疾人士可以使用這些設(shè)備。

輔助設(shè)備正在從標(biāo)準(zhǔn)DC電機(jī)轉(zhuǎn)向無(wú)刷DC電機(jī) (Brushless DC, BLDC)，BLDC是全新的高效率電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。顧名思義，無(wú)刷 DC 電機(jī)無(wú)需使用電刷進(jìn)行換向，而采用電子方式換向。BLDC提供了引人注目的優(yōu)勢(shì)包括更高的速度范圍、無(wú)噪聲運(yùn)作、更長(zhǎng)的運(yùn)作時(shí)間、高效率、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)和更好的速度轉(zhuǎn)矩特性。

為了便利這些應(yīng)用的設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體供應(yīng)商正在為輔助設(shè)備制造商提供分立或集成式/模塊式電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案，而模塊式解決方案的優(yōu)勢(shì)在于將多項(xiàng)功能集成在一個(gè)封裝或一個(gè)芯片中來(lái)驅(qū)動(dòng)高效率電機(jī)。同時(shí)擁有先進(jìn)的封裝和MOSFET技術(shù)的半導(dǎo)體供應(yīng)商，能夠提供延長(zhǎng)輔助設(shè)備電池壽命的真正優(yōu)勢(shì)，一個(gè)主要范例是采用 PowerTrench? 技術(shù)的N溝道、60V至100V MOSFET，它具有低柵級(jí)電荷和低 RDS(ON)，所需的額定MOSFET電壓取決于所使用的范圍為12V至48V的電池電壓。

由于輔助設(shè)備的頻率為20 kHz，低RDS(ON) 可以降低功耗，延長(zhǎng)電池壽命。實(shí)際上，在這些應(yīng)用中MOSFET采用并行開(kāi)關(guān)方式，以便進(jìn)一步降低傳導(dǎo)損耗。以并行方式開(kāi)關(guān)低柵級(jí)電荷 MOSFET，相比開(kāi)關(guān)柵級(jí)電荷較高的MOSFET更為困難。由于開(kāi)關(guān)頻率僅為20kHz，與開(kāi)關(guān)損耗過(guò)多的問(wèn)題相比，并行開(kāi)關(guān)問(wèn)題和開(kāi)關(guān)速度更快產(chǎn)生的更高 EMI 問(wèn)題則更為嚴(yán)重。

在BLDC電機(jī)中，由于 MOSFET 采用半橋配置方式，在高側(cè)和低側(cè)往往并行安排了多個(gè)MOSFET，因此需要高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)這些開(kāi)關(guān)。高集成度驅(qū)動(dòng)器 FAN7390 具有并行開(kāi)關(guān)高側(cè)和低側(cè) MOSFET 所需的高柵級(jí)驅(qū)動(dòng)能力(4.5A漏/5A源)。這些驅(qū)動(dòng)器功強(qiáng)大，能夠提高輔助設(shè)備驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的系統(tǒng)可靠性。首先，它們對(duì)于快速M(fèi)OSFET開(kāi)關(guān)引起的dv/dt感應(yīng)干擾具有高抗擾能力，其次，它們能夠耐受在半橋驅(qū)動(dòng)時(shí)半橋中點(diǎn)引腳常常出現(xiàn)的高負(fù)電平的困難。

對(duì)于較低的輸出負(fù)載，Tinybuck?降壓穩(wěn)壓器提供了完全集成的解決方案，在單一多芯片模塊中集成了PWM控制器IC和功率FET，采用5mm x 6mm MLP封裝，電流范圍為3至8A，以較小的外形尺寸提供最高的效率。其功率路徑的內(nèi)部尺寸較小，再配合低封裝和互連電感，能夠減少EMI，進(jìn)一步改善輔助設(shè)備的系統(tǒng)可靠性。