提高輔助技術(shù)設備的效率水平

美國有超過(guò) 5000 萬(wàn)殘疾人士，隨著(zhù)人口老齡化，這一數字正在快速增長(cháng)。這種狀況重新推動(dòng)了人們開(kāi)發(fā)更精細的輔助技術(shù)，以實(shí)現日常生活無(wú)障礙環(huán)境。這需求增長(cháng)同時(shí)給半導體供應商帶來(lái)了提供創(chuàng )新性高效解決方案的商機，這意味著(zhù)輔助設備將能夠以更長(cháng)時(shí)間運作、更耐用、更容易使用，而且功能更強大。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(cháng)，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)現更長(cháng)的電池壽命，因此電池管理系統 (battery management system , BMS) 是必須的。BMS 必須提供全面的電池單元保護功能以應付幾乎任何情況。如果電池在特定環(huán)境之外運作，必會(huì )導致電池故障，這在電池工作于不良環(huán)境進(jìn)行大功率應用及用戶(hù)不當使用的情況中尤其突出。BMS可以通過(guò)監控電池狀態(tài)來(lái)管理充電電池 (電池單元或電池組) ，計算二級數據、向外部報告數據、保護電池、控制和/或平衡電池環(huán)境，而半導體器件在滿(mǎn)足這些需求方面發(fā)揮著(zhù)重要的作用。

利用非常先進(jìn)的硅技術(shù)和封裝技術(shù)，半導體解決方案能夠帶來(lái)較以往更為精細的輔助技術(shù)。更高效的降壓調節器和MOSFET不僅能夠提高產(chǎn)品的效率，更可簡(jiǎn)化實(shí)際的散熱設計。這項創(chuàng )新可以顯著(zhù)減少冷卻應用設備所需的機械構造，并最終節省總體系統成本。這樣便能夠改善輔助技術(shù)的人體工學(xué)設計，使設備對用戶(hù)更具吸引力。簡(jiǎn)化設計并減少過(guò)多的組件可降低終端應用的成本，讓更多的殘疾人士可以使用這些設備。

輔助設備正在從標準DC電機轉向無(wú)刷DC電機 (Brushless DC, BLDC)，BLDC是全新的高效率電機標準。顧名思義，無(wú)刷 DC 電機無(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)勢包括更高的速度范圍、無(wú)噪聲運作、更長(cháng)的運作時(shí)間、高效率、高動(dòng)態(tài)響應和更好的速度轉矩特性。

為了便利這些應用的設計，半導體供應商正在為輔助設備制造商提供分立或集成式/模塊式電機驅動(dòng)解決方案，而模塊式解決方案的優(yōu)勢在于將多項功能集成在一個(gè)封裝或一個(gè)芯片中來(lái)驅動(dòng)高效率電機。同時(shí)擁有先進(jìn)的封裝和MOSFET技術(shù)的半導體供應商，能夠提供延長(cháng)輔助設備電池壽命的真正優(yōu)勢，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。

由于輔助設備的頻率為20 kHz，低RDS(ON) 可以降低功耗，延長(cháng)電池壽命。實(shí)際上，在這些應用中MOSFET采用并行開(kāi)關(guān)方式，以便進(jìn)一步降低傳導損耗。以并行方式開(kāi)關(guān)低柵級電荷 MOSFET，相比開(kāi)關(guān)柵級電荷較高的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)題則更為嚴重。

在BLDC電機中，由于 MOSFET 采用半橋配置方式，在高側和低側往往并行安排了多個(gè)MOSFET，因此需要高側和低側驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng)這些開(kāi)關(guān)。高集成度驅動(dòng)器 FAN7390 具有并行開(kāi)關(guān)高側和低側 MOSFET 所需的高柵級驅動(dòng)能力(4.5A漏/5A源)。這些驅動(dòng)器功強大，能夠提高輔助設備驅動(dòng)應用的系統可靠性。首先，它們對于快速MOSFET開(kāi)關(guān)引起的dv/dt感應干擾具有高抗擾能力，其次，它們能夠耐受在半橋驅動(dòng)時(shí)半橋中點(diǎn)引腳常常出現的高負電平的困難。

對于較低的輸出負載，Tinybuck?降壓穩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)一步改善輔助設備的系統可靠性。