三相電機(jī)運(yùn)行需要三相逆變器，其一般組成為：6個(gè)功率晶體管（MOSFETs或IGBTs）、控制晶體管的柵極驅(qū)動(dòng)器（一個(gè)或多個(gè)）、實(shí)現(xiàn)控制算法（速度、轉(zhuǎn)矩控制等）的控制邏輯電路（微控制器或微處理器）。

柵極驅(qū)動(dòng)器為數(shù)字控制和功率執(zhí)行器之間的模擬橋梁，其必須可靠、抗噪聲和擾動(dòng)魯棒、精確（保證控制算法和脈寬調(diào)制有效），且為保證安全運(yùn)行，其在非常規(guī)條件下或在系統(tǒng)某一部分失效期間需具備保護(hù)和安全功能。

引言

STMicroelectronics STDRIVE601為一款針對(duì)N溝道功率MOSFET和IGBT的集成三個(gè)半橋柵極驅(qū)動(dòng)器的單芯片。該芯片采用了ST公司的BCD6s－高壓技術(shù)，該技術(shù)將雙極性、CMOS和DMOS器件與可驅(qū)動(dòng)高側(cè)晶體管且擊穿電壓超過600V的浮動(dòng)單元集成在了同一芯片上。新一代的BCD6s技術(shù)確保了該器件一流的穩(wěn)健性。

該器件還具備幾項(xiàng)輔助功能和特點(diǎn)，這有助于加速系統(tǒng)設(shè)計(jì)、減少外圍元器件和電路。避免針對(duì)噪音和擾動(dòng)來使用復(fù)雜瑣碎的保護(hù)電路且可確保整個(gè)應(yīng)用簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。

STDRIVE601采用小體積的SO28封裝，可替代三個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器以簡(jiǎn)化PCB板布局。6路輸出均可實(shí)現(xiàn)350mA灌電流和200mA拉電流，且柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍為9－20V。

三個(gè)高側(cè)自舉單元工作電壓高達(dá)600V且可由內(nèi)置自舉二極管供電，可節(jié)省PCB面積并減少元件數(shù)量。低側(cè)和每個(gè)高側(cè)驅(qū)動(dòng)單元的欠壓鎖定（UVLO）功能可防止功率開關(guān)工作在低效或危險(xiǎn)狀態(tài)。

由于技術(shù)發(fā)展和設(shè)計(jì)優(yōu)化，STDRIVE601可在負(fù)壓尖峰超過100V時(shí)保證穩(wěn)健性，并且以業(yè)界領(lǐng)先的85ns響應(yīng)邏輯輸入。高低側(cè)單元的延時(shí)匹配消除了周期畸變且可保證高頻運(yùn)行，互鎖和死區(qū)插入同時(shí)也避免了未知情況下的交叉導(dǎo)通。

智能關(guān)斷電路確保了有效的過流保護(hù)，高速保護(hù)功能可在檢測(cè)到過載或短路后的短短360ns內(nèi)關(guān)斷柵極驅(qū)動(dòng)器。設(shè)計(jì)者可通過改變外部電容的容值來設(shè)置和調(diào)整保護(hù)關(guān)斷時(shí)間而不會(huì)影響芯片關(guān)斷反應(yīng)時(shí)間，該芯片還提供了一個(gè)低電平有效故障指示引腳。

ST公司還提供了EVALSTDRIVE601評(píng)估板以幫助用戶探索STDRIVE601的功能并迅速啟動(dòng)和運(yùn)行第一個(gè)原型。

負(fù)壓現(xiàn)象

半橋輸出中的負(fù)壓尖峰在功率應(yīng)用中非常常見，特別是空間或機(jī)械限制導(dǎo)致無法對(duì)PCB布局進(jìn)行優(yōu)化時(shí)。負(fù)壓尖峰會(huì)導(dǎo)致一些不良現(xiàn)象，如自舉電容的過充電以及器件穩(wěn)健性不足時(shí)輸出側(cè)的誤動(dòng)作。

在半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，特別是驅(qū)動(dòng)大感性負(fù)載時(shí)，功率半橋的輸出很容易出現(xiàn)負(fù)壓，表現(xiàn)為初始的動(dòng)態(tài)尖峰和后續(xù)的靜態(tài)負(fù)壓（如圖1－b所示）。這個(gè)現(xiàn)象出現(xiàn)在橋臂硬開關(guān)切換至低電平輸出且負(fù)載電流由橋臂輸出至負(fù)載時(shí)。當(dāng)高側(cè)開關(guān)關(guān)閉時(shí)，感性負(fù)載元件試圖維持輸出電流恒定。輸出電壓逐漸降低且當(dāng)其降低至“地”電平值時(shí)，電流開始經(jīng)低側(cè)續(xù)流二極管續(xù)流，該二極管正向?qū)?。?dòng)態(tài)負(fù)壓主要是由于與半橋低側(cè)電流路徑續(xù)流二極管串聯(lián)的PCB板子上寄生電感引起的高dI／dt而造成的尖峰。另外，動(dòng)態(tài)負(fù)壓還與低側(cè)續(xù)流二極管的正向尖峰電壓（其在短暫時(shí)間內(nèi)由高壓反向狀態(tài)切換到正向?qū)顟B(tài)）和分流電阻的寄生電感有關(guān)。

靜態(tài)負(fù)壓主要由采樣電阻（如果有）的電壓降和續(xù)流二極管的正向電壓降組成（如圖1－a）。

圖6 左圖中COD ＝ 2．2 μF，右圖中COD ＝ 330 nF

其它功能和特點(diǎn)

STDRIVE601具有快速和準(zhǔn)確的傳播延遲。高低側(cè)驅(qū)動(dòng)器從輸入翻轉(zhuǎn)到輸出開通或關(guān)斷的延時(shí)均為85ns，匹配時(shí)間低于30ns且其典型值為0ns。

欠壓鎖定（UVLO）機(jī)制監(jiān)控驅(qū)動(dòng)器供電電壓的輸出變化，并在該電壓降低至低于預(yù)設(shè)閾值時(shí)將輸出關(guān)斷。該保護(hù)可防止驅(qū)動(dòng)器在電源電壓較低時(shí)驅(qū)動(dòng)功率管（這將導(dǎo)致導(dǎo)通損耗過高甚至損壞功率管）。

UVLO閾值具有滯回特性且內(nèi)置濾波器可防止電源電壓上噪音引入不必要的動(dòng)作。STDRIVE601的6個(gè)驅(qū)動(dòng)器均由UVLO機(jī)制進(jìn)行保護(hù)。

圖7 VCC電源上的UVLO機(jī)制

總結(jié)

三相電機(jī)由于具備多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，正迅速替代簡(jiǎn)單的單相和有刷電機(jī)。三相驅(qū)動(dòng)器（如三相600V單芯片柵極驅(qū)動(dòng)器STDRIVE601）的易用性、可用性和經(jīng)濟(jì)性是這一發(fā)展的主要原因所在。STDRIVE601具有穩(wěn)健性、簡(jiǎn)單性和節(jié)省成本的特點(diǎn)，同時(shí)可確保系統(tǒng)受保護(hù)并提供安全功能。