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眾所周知，3相電機在家電應(yīng)用中的部署規(guī)模是非常大的，這主要是源于其穩(wěn)定的運行性能，使用壽命長、噪聲小、起動轉(zhuǎn)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(qū)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(qū)動功率器件——TPD4204F，其精湛的工藝設(shè)計，獨特的結(jié)構(gòu)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(guān)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(qū)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(qū)動設(shè)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(qū)動電路的控制電路、高側(cè)柵極驅(qū)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(shè)計。具有直接驅(qū)動3相無刷直流電機的功能。

02巧妙的硅技術(shù)SOI設(shè)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(qū)動電路，設(shè)計中采用了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。

想必大家就會發(fā)問了，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、工藝簡單、短溝道效應(yīng)小等優(yōu)良特點，能有效地提高電機驅(qū)動上的靈敏精度控制。同時采用SOI設(shè)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(qū)動6個IGBT開關(guān)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(yīng)用領(lǐng)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(shù)，由于是經(jīng)典控制方式，也存在不俗的應(yīng)用場景。180度正弦波是其升級后的產(chǎn)物。180度正弦波技術(shù)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(cè)和低壓信號側(cè)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(shè)計的高壓自舉電路。

4.內(nèi)置了引導(dǎo)二極管，保障安全穩(wěn)定運行。

5.在正弦波控制驅(qū)動方式電路中，設(shè)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(guān)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(shè)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(shè)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(shè)置VCCUVD（＝11V（典型值））時，不管輸入是什么，MOSFET輸出都關(guān)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(guān)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(guān)斷集成電路。

作為一個高壓驅(qū)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(shè)置的TSD時，無論輸入什么，所有MOSFET輸出都將關(guān)閉。

06了然的應(yīng)用設(shè)計

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可以看到，外圍電路設(shè)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(yīng)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(yīng)用，比如在汽車的凈化器、汽車空調(diào)、汽車驅(qū)動上都能使用。隨著電動車的普及，也使得3相電機驅(qū)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(shè)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(shè)計選型中的不二選擇。

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