震撼來(lái)襲 | 我有智能功率IC，你有電機(jī)么？

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眾所周知，3相電機(jī)在家電應(yīng)用中的部署規(guī)模是非常大的，這主要是源于其穩(wěn)定的運(yùn)行性能，使用壽命長(zhǎng)、噪聲小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、易維護(hù)等優(yōu)良特點(diǎn)。而作為維持整個(gè)3相電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行工作的重要一環(huán)，功率器件在其中發(fā)揮著重要的作用，如何選擇一款合適的電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率器件就成為了工程師比較頭疼的問(wèn)題。

今天我們要為大家介紹的是東芝智能功率IC產(chǎn)品中的一款高壓3相智能動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率器件——TPD4204F，其精湛的工藝設(shè)計(jì)，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)布局，智能化的工作保護(hù)機(jī)制能夠很好地保障3相電機(jī)在運(yùn)作過(guò)程中穩(wěn)定高效地執(zhí)行。下面就例舉幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)剖析一下這顆神秘芯片。

01獨(dú)特的高壓智能功率器件

一般很多的電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率器件是不能夠承受上百伏以上的電壓的，基本上都得依賴(lài)外圍電路來(lái)進(jìn)行一個(gè)電壓平衡，然后再控制電源頻率輸出從而形成一個(gè)高壓PWM電源信號(hào)給3相電機(jī)供給。但是這樣的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)一是浪費(fèi)了很多的資源成本；二是控制的精度不高，紋波極其嚴(yán)重；三是缺少系統(tǒng)保護(hù)，給穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。

TPD4204F能夠支持AC 50~600V的電源接入，同時(shí)它具有IGBT柵極驅(qū)動(dòng)電路的控制電路、高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)電源的自舉電路、各種保護(hù)電路、電平漂移電路和邏輯電路。此外，TPD4204F還具有6個(gè)IGBT和FRD單芯片設(shè)計(jì)。具有直接驅(qū)動(dòng)3相無(wú)刷直流電機(jī)的功能。

02巧妙的硅技術(shù)SOI設(shè)計(jì)

為了在單個(gè)器件上實(shí)現(xiàn)高壓輸出元件和精細(xì)圖形的邏輯／驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)計(jì)中采用了SOI（Silicon-On-Insulator）技術(shù)，是在頂層硅和背襯底之間引入了一層埋氧化層。

想必大家就會(huì)發(fā)問(wèn)了，采用SOI技術(shù)有什么好處呢？SOI技術(shù)能夠在集成電路中完成元件介質(zhì)的有效隔離，可以消除傳統(tǒng)CMOS工藝電路中的寄生閂鎖效應(yīng)。而且采用這種材料制成的集成電路具有寄生電容小、集成密度高、速度快、工藝簡(jiǎn)單、短溝道效應(yīng)小等優(yōu)良特點(diǎn)，能有效地提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)上的靈敏精度控制。同時(shí)采用SOI設(shè)計(jì)能夠使得塹壕隔離使隔離區(qū)域最小化，集成電路中的每個(gè)元件都被介電材料完全隔開(kāi)。避免了寄生器件的影響，使系統(tǒng)具有較高的可靠性。

03靈活的波控制方式

為了滿足市面上不同廠商生產(chǎn)的3相直流無(wú)刷電機(jī)的不同控制方式，TPD4204F在控制方式中采用了兩種不同波控制方式。分別為方波控制型（120度控制型）和正弦波控制型（180度控制型），分別驅(qū)動(dòng)6個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)控制一臺(tái)3相無(wú)刷直流電機(jī)。

120度的方波控制、180度的正弦波控制和調(diào)制方法根據(jù)電機(jī)的類(lèi)型、應(yīng)用領(lǐng)域和要求來(lái)選擇。一般來(lái)說(shuō)120度方波控制是最早的變頻控制技術(shù)，由于是經(jīng)典控制方式，也存在不俗的應(yīng)用場(chǎng)景。180度正弦波是其升級(jí)后的產(chǎn)物。180度正弦波技術(shù)通過(guò)改變壓縮機(jī)輸出的能量，能夠充分體現(xiàn)出高效率、高可靠、高穩(wěn)定的特性。

04強(qiáng)悍的電氣屬性

1.高壓電源側(cè)和低壓信號(hào)側(cè)是互相獨(dú)立的，運(yùn)行的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生干擾。

2.在3分流電阻的電流檢測(cè)中起著不可或缺的重要作用。

3.擁有簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的高壓自舉電路。

4.內(nèi)置了引導(dǎo)二極管，保障安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5.在正弦波控制驅(qū)動(dòng)方式電路中，設(shè)定了1.4us的死區(qū)時(shí)間。

6.全部使用MOSFET的3相橋式輸出。

7.內(nèi)部集成過(guò)電流／熱關(guān)斷／欠壓等保護(hù)功能，提高芯片的可靠性。

8.內(nèi)置7V的調(diào)節(jié)器，對(duì)偏置起到一定的調(diào)節(jié)。

9.外觀設(shè)計(jì)為30引腳的SSOP表貼封裝，方便散熱。

05全面的保護(hù)機(jī)制

考慮到TPD4204F會(huì)出現(xiàn)欠壓、過(guò)流、發(fā)熱、外接電源異常情況下，東芝的設(shè)計(jì)者們?cè)趦?nèi)部集成了一系列的保護(hù)機(jī)制。

首先是欠壓保護(hù)，以防止MOSFET工作在不飽和模式時(shí)，電壓VCC或電壓VBS下降，當(dāng)VCC電源切換到本產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)置VCCUVD（＝11V（典型值））時(shí)，不管輸入是什么，MOSFET輸出都關(guān)閉。

其次是過(guò)流保護(hù)，可以在啟動(dòng)或鎖定電機(jī)時(shí)防止過(guò)電流。此保護(hù)功能可以檢測(cè)連接到RS引腳的電流，檢測(cè)電阻器中產(chǎn)生的電壓。當(dāng)這個(gè)電壓超過(guò)VR（＝0.5V（典型值）），MOSFET輸出打開(kāi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后就會(huì)關(guān)閉，防止任何額外的電流輸入芯片當(dāng)中。

然后就是SD模塊，當(dāng)外接電路檢測(cè)到過(guò)流或其它電流時(shí)，可以關(guān)斷集成電路。

作為一個(gè)高壓驅(qū)動(dòng)大功率器件發(fā)熱肯定是數(shù)見(jiàn)不鮮的，芯片發(fā)熱嚴(yán)重或者散熱不及時(shí)就會(huì)引發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行紊亂甚至還可能會(huì)燒掉芯片。為了防止內(nèi)部溫度對(duì)TPD4204F的影響，當(dāng)芯片的溫度由于外部原因或內(nèi)部發(fā)熱上升到內(nèi)部設(shè)置的TSD時(shí)，無(wú)論輸入什么，所有MOSFET輸出都將關(guān)閉。

06了然的應(yīng)用設(shè)計(jì)

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可以看到，外圍電路設(shè)計(jì)異常的簡(jiǎn)單，一般是由電阻、電容等簡(jiǎn)單電子元件組成，很大程度上節(jié)約了成本。由于無(wú)刷直流電機(jī)工作時(shí)靜音效果非常好，一般應(yīng)用在滾筒洗衣機(jī)、空調(diào)、吸塵器、吸油煙機(jī)等家用電器上。同時(shí)在汽車(chē)上也有不俗的應(yīng)用，比如在汽車(chē)的凈化器、汽車(chē)空調(diào)、汽車(chē)驅(qū)動(dòng)上都能使用。隨著電動(dòng)車(chē)的普及，也使得3相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器得到了很大的發(fā)揮。

TPD4204F是東芝面向高壓3相電機(jī)研發(fā)的一顆智能功率IC，從設(shè)計(jì)和功能配置兩方面提升了電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，是您在電機(jī)設(shè)計(jì)選型中的不二選擇。

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