三相全控tc787触发电路_集成自举二极管和600V三相栅极驱动器加速三相电机应用...

三相电机运行需要三相逆变器，一般由6个功率晶体管组成(MOSFETs或IGBTs)、网极驱动器(一个或多个)控制晶体管，控制逻辑电路(微控制器或微处理器)实现控制算法(速度、扭矩控制等)。

格栅驱动器是数字控制和功率执行器之间的模拟桥，必须可靠、耐噪音、扰动杆、精确（确保控制算法和脉宽调节有效），在非常规条件下或系统部分故障期间具有保护和安全功能。

引言

STMicroelectronics STDRIVE601是N沟通功率MOSFET和IGBT单芯片集成三个半桥栅极驱动器。采用了芯片ST公司的BCD6s-高压技术将双极性，CMOS和DMOS装置和驱动高侧晶体管的击穿电压超过600V浮动单元集成在同一芯片上。新一代的BCD6s该技术保证了该设备的一流稳定性。

该设备还具有几个辅助功能和特点，有助于加快系统设计，减少外围部件和电路。避免使用复杂和琐碎的保护电路，以确保整个应用程序简单和经济。

STDRIVE601体积小SO28包装可以简化三个半桥驱动器PCB板布局。6路输出可实现350mA灌电流和200mA拉电流，栅极驱动电压范围为9-20V。

三个高侧自举单元的工作电压高达600V内置自举二极管可节省电源PCB面积和元件数量减少。低侧和各高侧驱动单元的欠压锁定(UVLO)功能可防止功率开关处于低效或危险状态。

由于技术开发和设计优化，STDRIVE601负压峰值可超过1000V保证行业领先的稳定性和85ns响应逻辑输入。高低侧单元的延迟匹配消除了周期畸变，保证了高频运行，同时也避免了未知情况下的交叉导通。

在检测到过载或短路后，智能关闭电路可以保证有效的过流保护。ns内关闭栅极驱动器。设计师可以在不影响芯片关闭反应时间的情况下，通过改变外部电容的容量来设置和调整保护关闭时间。该芯片还提供了低电平有效故障指示脚。

ST公司还提供EVALSTDRIVE601评估板帮助用户探索STDRIVE第一个原型可以快速启动和运行601的功能。

负压现象

半桥输出中的负压尖峰在功率应用中非常常见，尤其是空间或机械限制PCB优化布局时。负压尖峰会导致一些不良现象，如自举电容器过充和设备稳定性不足时输出侧的误动。

在半桥拓扑结构中，特别是驱动大感性负载时，功率半桥的输出容易出现负压，表现为初始动态峰值和后续静态负压(如图1所示-b所示)。当桥臂硬开关切换到低电平输出，负载电流从桥臂输出到负载时，就会出现这种现象。当高侧开关关闭时，感性负载元件试图保持输出电流恒定。输出电压逐渐降低且当其降低至“地”电平值时，电流开始经低侧续流二极管续流，该二极管正向导通。动态负压主要与半桥低侧电流路径的二极管串联PCB板子上寄生电感引起的高dI/dt尖峰。此外，动态负压还与分流电阻的寄生电感有关，即低侧续流二极管的正向尖峰电压（由高压反向状态在短时间内切换到正向导通状态）。

静态负压主要由采样电阻(如有)和续流二极管的正电压降组成(如图1所示-a)。

图1 半桥电路负压现象

格栅驱动器的稳定性

STDRIVE601设计的主要特点是其出色的噪声、干扰和负压稳定性。由于电平转换器架构的创新和ST先进的制造技术，该驱动器具有优异的抗高负压尖峰能力，并能在非常陡峭的共模临时状态下正常运行。

在专用测试电路（图2）中测试并确认了芯片对负压尖峰的抗扰性。该设计旨在人工生成远大于实际应用中发现的负压尖峰。

图2中RL负载为200 μH、16 Ω，且为了模拟PCB在布局不佳时引入的杂散电感的影响选择了几种电感(0.19 μH, 0.45 μH, 0.82 μH)可与低侧IGBT串联。

图2 负压现象分析电路

图3为杂散电感为0.82 μH时间现象:输出300V摆动至0V，最小负压峰值-127V且保持148ns。经过几次的切换，没有任何损坏或者运转失常。

图3 杂散电感为0.82 μH通道1输出-127V负压尖峰

自举二极管

STDRIVE601内部自举二极管采用额定600V MOSFETs实现，其在LVG打开输出时，通过主电源(VCC)给每个通道的自举电容充电。避免使用大而昂贵的外部高压二极管。

图4 STDRIVE601自举二极管与传统自举二极管的比较

内置自举电路导通，有一个正向偏置，不存在实际二极管中的偏置电压。图4展示了这两者的区别，其表示了STDRIVE601自举二极管和传统自举二极管I-V(电流-电压)转移曲线。对于给定电流，这一特点在剩余电压降方面具有突出的优势，可以在电压降较小时内充电，而传统的二极管则略显疲软。

过流智能关断保护

STDRIVE通过智能关断，601内置了一个比较器(SmartSD)故障保护电路。

SmartSD过载或过流时，电路可关闭栅极驱动器，故障检测到实际输出关断的延迟仅为360ns。保护干预时间与故障后的禁用时间独立，保护响应速度是市场上其他栅极驱动器的两倍。这允许设计师在不增加内部保护延迟时间的情况下，将故障事件后输出的禁止时间增加到非常大的值。禁用时间取决于外部电容COD与可选连接的容值OD引脚上拉电阻的电阻值(见图5)。

用于智能关断的比较器具有一个内部参考电压VREF它连接到反相输入端，与相输入端连接到引脚CIN。比较器的CIN引脚可以连接到外部流电阻，从而实现简单快速的过流保护功能。过滤后输入比较器输出信号SmartSD逻辑单元的滤波时间为固定时间tFCIN(约300ns)。

VREF典型阈值为460 mV，比较器输入(CIN)滞环电压约70 mV。当CIN脉冲电压高于引脚VREF时，SmartSD触发逻辑并立即触发驱动器输出(OFF)。同时，故障引脚(FAULT)强制设置低来指示事件(如输入微控制器)OD让外部电容器开始COD放电设置故障事件输出禁用时间。一旦输出禁用时间到期，FAULT引脚将释放，驱动器输出将跟随输入引脚。

总禁用时间由以下两部分组成：

OD解锁时间(图5中t1)，即电容COD放电至VSSDl阈值时间。SmartSD当比较器被触发时，放电立即开始。

OD重启时间(图5中t2)，即电容COD重新充电至VSSDh阈值时间OD上电压达到VSSDl，清除故障状态(CIN < VREF - CINhyst)，OD内部MOSFET关闭，此时COD重新充电。此时是禁用时间的主要组成部分。

当OD外部电容器未经外部上拉时COD常数的放电时间取决于COD和内部MOSFET重启时间取决于内部电流源IOD和电容COD(如下方程(2)所示)

(1)

(2)

其中

为OD浮动电压。

当OD外部上拉电阻ROD_ext连接至VCC时，OD放电时间取决于外部网络ROD_ext、COD和内部MOSFET的电阻RON_OD(如下方程(3)所示)ROD_ext电流(如下方程(4)所示)。

(3)

(4)

其中

，

。

图5 智能关断时序图

下图显示了连接到两个不同电容器的两种不同电容OD引脚时智能关闭功能运行示例。CIN触发脉冲宽度为500ns、峰峰值为1V，内部电流源(IOD)充电外部电容器。

图6 左图中COD = 2.2 μF，右图中COD = 330 nF

其它功能和特点

STDRIVE601具有快速准确的传输延迟。从输入翻转到输出开启或关闭的高低驱动器延迟为85ns，匹配时间小于30ns典型值为0ns。

欠压锁定(UVLO)当电压降至低于预设阈值时，机制监控驱动器电源电压的输出变化并关闭输出。该保护可以防止驱动器在电源电压较低时驱动电源管（这将导致过度损耗甚至损坏电源管）。

UVLO阈值具有滞回特性，内置滤波器可防止不必要的噪声引入电源电压。STDRIVE601的6个驱动器由601驱动UVLO保护机制。

图7 VCC电源上的UVLO机制

strong>总结

三相电机由于具备多项优势，正迅速替代简单的单相和有刷电机。三相驱动器(如三相600V单芯片栅极驱动器STDRIVE601)的易用性、可用性和经济性是这一发展的主要原因所在。STDRIVE601具有稳健性、简单性和节省成本的特点，同时可确保系统受保护并提供安全功能。