震撼來襲 | 我有智能功率IC，你有電機么？

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眾所周知，3相電機在家電應用中的部署規(guī)模是非常大的，這主要是源于其穩(wěn)定的運行性能，使用壽命長、噪聲小、起動轉矩大、易維護等優(yōu)良特點。而作為維持整個3相電機穩(wěn)定運行工作的重要一環(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驅動功率器件就成為了工程師比較頭疼的問題。

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相智能動力電機驅動功率器件——TPD4204F，其精湛的工藝設計，獨特的結構布局，智能化的工作保護機制能夠很好地保障3相電機在運作過程中穩(wěn)定高效地執(zhí)行。下面就例舉幾個關鍵點來剖析一下這顆神秘芯片。

01獨特的高壓智能功率器件

一般很多的電機驅動功率器件是不能夠承受上百伏以上的電壓的，基本上都得依賴外圍電路來進行一個電壓平衡，然后再控制電源頻率輸出從而形成一個高壓PWM電源信號給3相電機供給。但是這樣的驅動設計一是浪費了很多的資源成本；二是控制的精度不高，紋波極其嚴重；三是缺少系統(tǒng)保護，給穩(wěn)定運行帶來隱患。

TPD4204F能夠支持AC 50~600V的電源接入，同時它具有IGBT柵極驅動電路的控制電路、高側柵極驅動電源的自舉電路、各種保護電路、電平漂移電路和邏輯電路。此外，TPD4204F還具有6個IGBT和FRD單芯片設計。具有直接驅動3相無刷直流電機的功能。

02巧妙的硅技術SOI設計

為了在單個器件上實現(xiàn)高壓輸出元件和精細圖形的邏輯／驅動電路，設計中采用了SOI（Silicon-On-Insulator）技術，是在頂層硅和背襯底之間引入了一層埋氧化層。

想必大家就會發(fā)問了，采用SOI技術有什么好處呢？SOI技術能夠在集成電路中完成元件介質的有效隔離，可以消除傳統(tǒng)CMOS工藝電路中的寄生閂鎖效應。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、工藝簡單、短溝道效應小等優(yōu)良特點，能有效地提高電機驅動上的靈敏精度控制。同時采用SOI設計能夠使得塹壕隔離使隔離區(qū)域最小化，集成電路中的每個元件都被介電材料完全隔開。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相直流無刷電機的不同控制方式，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），分別驅動6個IGBT開關控制一臺3相無刷直流電機。

120度的方波控制、180度的正弦波控制和調(diào)制方法根據(jù)電機的類型、應用領域和要求來選擇。一般來說120度方波控制是最早的變頻控制技術，由于是經(jīng)典控制方式，也存在不俗的應用場景。180度正弦波是其升級后的產(chǎn)物。180度正弦波技術通過改變壓縮機輸出的能量，能夠充分體現(xiàn)出高效率、高可靠、高穩(wěn)定的特性。

04強悍的電氣屬性

1.高壓電源側和低壓信號側是互相獨立的，運行的過程中不會產(chǎn)生干擾。

2.在3分流電阻的電流檢測中起著不可或缺的重要作用。

3.擁有簡單設計的高壓自舉電路。

4.內(nèi)置了引導二極管，保障安全穩(wěn)定運行。

5.在正弦波控制驅動方式電路中，設定了1.4us的死區(qū)時間。

6.全部使用MOSFET的3相橋式輸出。

7.內(nèi)部集成過電流／熱關斷／欠壓等保護功能，提高芯片的可靠性。

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

9.外觀設計為30引腳的SSOP表貼封裝，方便散熱。

05全面的保護機制

考慮到TPD4204F會出現(xiàn)欠壓、過流、發(fā)熱、外接電源異常情況下，東芝的設計者們在內(nèi)部集成了一系列的保護機制。

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

其次是過流保護，可以在啟動或鎖定電機時防止過電流。此保護功能可以檢測連接到RS引腳的電流，檢測電阻器中產(chǎn)生的電壓。當這個電壓超過VR（＝0.5V（典型值）），MOSFET輸出打開，經(jīng)過一段時間后就會關閉，防止任何額外的電流輸入芯片當中。

然后就是SD模塊，當外接電路檢測到過流或其它電流時，可以關斷集成電路。

作為一個高壓驅動大功率器件發(fā)熱肯定是數(shù)見不鮮的，芯片發(fā)熱嚴重或者散熱不及時就會引發(fā)系統(tǒng)運行紊亂甚至還可能會燒掉芯片。為了防止內(nèi)部溫度對TPD4204F的影響，當芯片的溫度由于外部原因或內(nèi)部發(fā)熱上升到內(nèi)部設置的TSD時，無論輸入什么，所有MOSFET輸出都將關閉。

06了然的應用設計

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可以看到，外圍電路設計異常的簡單，一般是由電阻、電容等簡單電子元件組成，很大程度上節(jié)約了成本。由于無刷直流電機工作時靜音效果非常好，一般應用在滾筒洗衣機、空調(diào)、吸塵器、吸油煙機等家用電器上。同時在汽車上也有不俗的應用，比如在汽車的凈化器、汽車空調(diào)、汽車驅動上都能使用。隨著電動車的普及，也使得3相電機驅動器得到了很大的發(fā)揮。

TPD4204F是東芝面向高壓3相電機研發(fā)的一顆智能功率IC，從設計和功能配置兩方面提升了電機運行的穩(wěn)定性，是您在電機設計選型中的不二選擇。

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