三相電機運行需要三相逆變器，其一般組成為：6個功率晶體管（MOSFETs或IGBTs）、控制晶體管的柵極驅(qū)動器（一個或多個）、實現(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和安全功能。

引言

STMicroelectronics STDRIVE601為一款針對N溝道功率MOSFET和IGBT的集成三個半橋柵極驅(qū)動器的單芯片。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)動高側(cè)晶體管且擊穿電壓超過600V的浮動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。

該器件還具備幾項輔助功能和特點，這有助于加速系統(tǒng)設(shè)計、減少外圍元器件和電路。避免針對噪音和擾動來使用復雜瑣碎的保護電路且可確保整個應用簡單經(jīng)濟。

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

三個高側(cè)自舉單元工作電壓高達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)和每個高側(cè)驅(qū)動單元的欠壓鎖定（UVLO）功能可防止功率開關(guān)工作在低效或危險狀態(tài)。

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

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

ST公司還提供了EVALSTDRIVE601評估板以幫助用戶探索STDRIVE601的功能并迅速啟動和運行第一個原型。

負壓現(xiàn)象

半橋輸出中的負壓尖峰在功率應用中非常常見，特別是空間或機械限制導致無法對PCB布局進行優(yōu)化時。負壓尖峰會導致一些不良現(xiàn)象，如自舉電容的過充電以及器件穩(wěn)健性不足時輸出側(cè)的誤動作。

在半橋拓撲結(jié)構(gòu)中，特別是驅(qū)動大感性負載時，功率半橋的輸出很容易出現(xiàn)負壓，表現(xiàn)為初始的動態(tài)尖峰和后續(xù)的靜態(tài)負壓（如圖1－b所示）。這個現(xiàn)象出現(xiàn)在橋臂硬開關(guān)切換至低電平輸出且負載電流由橋臂輸出至負載時。當高側(cè)開關(guān)關(guān)閉時，感性負載元件試圖維持輸出電流恒定。輸出電壓逐漸降低且當其降低至“地”電平值時，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)?。動態(tài)負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，動態(tài)負壓還與低側(cè)續(xù)流二極管的正向尖峰電壓（其在短暫時間內(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

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

欠壓鎖定（UVLO）機制監(jiān)控驅(qū)動器供電電壓的輸出變化，并在該電壓降低至低于預設(shè)閾值時將輸出關(guān)斷。該保護可防止驅(qū)動器在電源電壓較低時驅(qū)動功率管（這將導致導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作。STDRIVE601的6個驅(qū)動器均由UVLO機制進行保護。

圖7 VCC電源上的UVLO機制

總結(jié)

三相電機由于具備多項優(yōu)勢，正迅速替代簡單的單相和有刷電機。三相驅(qū)動器（如三相600V單芯片柵極驅(qū)動器STDRIVE601）的易用性、可用性和經(jīng)濟性是這一發(fā)展的主要原因所在。STDRIVE601具有穩(wěn)健性、簡單性和節(jié)省成本的特點，同時可確保系統(tǒng)受保護并提供安全功能。