功率集成電路中電機驅(qū)動電路和數(shù)控功率放大器的研究與設(shè)計

朱小安

摘 要：隨著現(xiàn)代化的經(jīng)濟得到了迅速的發(fā)展，在電力電路方面的成就也在不斷的變化當(dāng)中，集中體現(xiàn)功率集成電路集的信號處理方面，可以起到對電力系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定的效果，在智能化方面的發(fā)展都起到了相當(dāng)重要的作用和影響。其中功率集成電路在電子市場當(dāng)中都占據(jù)了相當(dāng)重要的影響，因此需要對功率集成電路當(dāng)中的電機功率放大器做出相關(guān)的研究。在本文當(dāng)中，首先對功率集成電路做出了分析；其次對三相無刷電機的驅(qū)動集成電路進(jìn)行了分析；最后對數(shù)控功率的放大器做出了實際的分析和研究，希望可以為電機驅(qū)動電路和數(shù)控功率放大器的研究和設(shè)計提供一些參考和建議，從而提高設(shè)計的質(zhì)量，最終實現(xiàn)性能最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：電機；功率集成電路；放大器；數(shù)控功率；研究

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)人員在設(shè)計一些智能功率的集成電路時，必須全面考慮其中的電路、制作工藝、芯片封裝以及性能測試等各個方面的相關(guān)問題，因此在功率集成電路的集成度對于現(xiàn)代化的發(fā)展都起到了一個相當(dāng)重要的作用，因此在這種情況下，需要對我國國內(nèi)的功率集成電路相關(guān)的產(chǎn)品做出實際的分析和規(guī)劃，最終不斷的對其功率集成電路方面的問題做出分析，以此來滿足人們對于其電子設(shè)備的需求，不斷的提高其社會的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 功率集成電路

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， 功率集成線路已經(jīng)變得不斷的優(yōu)化，其中的功率變得更大，能耗更低，工作頻率更高。功率電路在朝著小型化發(fā)展的同時，相關(guān)人員還必須對功率電路的溫度、功率電路的電壓以及電流進(jìn)行多方面的最大化保護(hù)。尤其是集成電路應(yīng)用，因為它以集成功率電路為主要集中方式，所以，它既是功率電子融合于現(xiàn)代微電子的產(chǎn)物，又是集成電路與各類半導(dǎo)師體功率器件的主要集合體，此類集合體不但能夠最大化的減少元器件數(shù)量，還可以最大限度增強功率電路自身的可靠性能，提升其穩(wěn)定性。在七十年代的時候，關(guān)于集成電路以及相關(guān)功率器件和配套設(shè)施的應(yīng)用，主要集中在芯片上，元件實際使用量不斷提高，最終對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性都造成一個良好的影響。在集成電路的開發(fā)成本方面都具有相當(dāng)大的優(yōu)勢條件。在進(jìn)行應(yīng)用的時候，可以實現(xiàn)對在高電壓高溫度高電流的情況下所體現(xiàn)出來的性能狀態(tài)來進(jìn)行不斷的優(yōu)化。在智能功率集成電路的應(yīng)用過程當(dāng)中，一個芯片當(dāng)中集成了傳感以及保護(hù)的低電壓集成電路和功率器件，從而達(dá)到對其功率驅(qū)動可以有效控制的同時，需要對其中的邏輯進(jìn)行調(diào)整，還可以具有邏輯控制以及自我保護(hù)等一系列功能，從而對功率系統(tǒng)中的單片集成進(jìn)行全面的分析。

2 三相無刷電機的驅(qū)動集成電路的分析設(shè)計

1、設(shè)計原理

本文主要將三相無刷電機的驅(qū)動電機的工作原理當(dāng)作本次具體的研究對象，在研究過程中，發(fā)現(xiàn)每當(dāng)電機轉(zhuǎn)動一圈，電機內(nèi)的轉(zhuǎn)子元件也隨之完成了一個完整獨立的電子狀態(tài)，從而使得三相電機每轉(zhuǎn)動一圈，就會產(chǎn)生擁有六個狀態(tài)之多的有序組合狀態(tài)。每產(chǎn)生一個狀態(tài)后，都必須相應(yīng)的改變位于三相電機驅(qū)動電路內(nèi)部的高低導(dǎo)通狀態(tài)，在電機運行時，其內(nèi)部的外部霍爾傳感器作出相應(yīng)的感知動作，一路低電位和一路懸空電位，在該驅(qū)動電機當(dāng)中，每個狀態(tài)中各有一路高電位，從而讓馬達(dá)切換到下一個狀態(tài)。將其數(shù)據(jù)信號傳遞給信號模塊當(dāng)中，包括了驅(qū)動電路和功率管的部分。驅(qū)動電路內(nèi)部的各種控制信號在輸入過程中，如果需要改變，則必須通過驅(qū)動電路收集相應(yīng)的信號并進(jìn)行及時傳輸，三路輸入的信號主要包括了來對其運行做出嚴(yán)格的分析，最終轉(zhuǎn)變了將電流流向。電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2、電機驅(qū)動電路設(shè)計

基于電機驅(qū)動電路運行機理分析，在此種情況下，可以將其進(jìn)行細(xì)化和分析，其中包括了低端柵極驅(qū)動、自舉電路、過溫保護(hù)、高端柵驅(qū)動、輸入邏輯保護(hù)以及驅(qū)動模塊模塊和功率管這幾個模塊當(dāng)中。

在電機的驅(qū)動電路單橋臂的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，如果工作電壓存在差異，則其功能也有明顯差異，在三相電機驅(qū)動芯片的設(shè)計當(dāng)中，雖然每個橋臂的驅(qū)動電路都是一樣的，但是可以分為低壓區(qū)和高壓區(qū)兩個區(qū)域。如果依據(jù)功能狀況來進(jìn)行劃分的話，需要對三相電機當(dāng)中的驅(qū)動電路的單橋臂根據(jù)實際情況來做出不同的劃分，其次還要對電機驅(qū)動電路做出總體的設(shè)計。

如果有死區(qū)時間現(xiàn)象出現(xiàn)，則必須科學(xué)劃分與有效規(guī)劃其中的相關(guān)模塊，其中最主要的作用就是可以實現(xiàn)其低壓信號平移到以上，從而將高端功率管徹底打開，信號主要是由整形、電位平移單元、脈沖生成，由觸發(fā)器、濾波和驅(qū)動來共同組成，在高端柵驅(qū)動電路當(dāng)中，其中的電路模塊當(dāng)中主要可以分為輸入邏輯保護(hù)、功率管、高端柵驅(qū)動電路、保護(hù)以及驅(qū)動模塊等等，需要對驅(qū)動電機的三個橋臂進(jìn)行設(shè)計，最終通過平移信號，來實現(xiàn)電源與有關(guān)的電壓相一致。需要對其中所出現(xiàn)的控制信號保持全高電平的狀態(tài)，最終避免其中的同橋臂功率管產(chǎn)生直通的現(xiàn)象。其中輸入邏輯保護(hù)模塊，在控制邏輯的時候，高端功率管柵極得到的電壓等于其源極電壓而關(guān)斷。

通過對三相電機驅(qū)動電路的基本原理、運行管理要求以及電路系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)框圖分析，電路整體性能參數(shù)可以總結(jié)如表1所示：

3 總體電路仿真結(jié)果及其分析

對于總體電路仿真， 關(guān)于輸入信號的電機驅(qū)動集成電路設(shè)計有高低端，兩個橋臂分別開啟了高端管和低端管，根據(jù)以上分析，下圖即為仿真環(huán)境搭建示意圖，其中主要有柵驅(qū)動電路（3個）對外部控制數(shù)據(jù)信號進(jìn)行控制，并且給出了電路系統(tǒng)中的三相電機驅(qū)動電路仿真環(huán)境以及仿真結(jié)果。某些時候，第三個橋臂位置的高低端功率管必須全部關(guān)斷。本設(shè)計的三相電機驅(qū)動芯片外圍拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖所示，否則會出現(xiàn)負(fù)載均值電流大于的情況，從而驅(qū)動三個橋臂的功率負(fù)責(zé)給BLDC芯片提供邏輯控制信號——由于是三橋電路，可以同時截止。

從圖上可以看出，橋臂輸出的是懸浮狀態(tài)電壓；橋臂關(guān)斷，然后在仿真屮表現(xiàn)為橋臂高端導(dǎo)通時，電壓12伏；其中，高端LDM0S處于導(dǎo)通狀態(tài)時，在仿真中，首先是3橋臂低端管導(dǎo)通、2橋臂高端管，1橋臂關(guān)斷，負(fù)載電流在1、3橋臂的輸出端；此時可以看到負(fù)載電流在2、3橋臂的輸出端，2橋臂關(guān)斷，之后是1橋臂低端管導(dǎo)通、3橋臂高端管，為2.005A，說明模塊工作處于正常狀態(tài)態(tài)。

從上圖可以看出，隨著溫度的不斷升高，電路就會被關(guān)斷，此時不再輸出任何的電流信號，橋臂斷開后輸出懸浮狀電壓，過溫保護(hù)預(yù)期指標(biāo)得以實現(xiàn)。

4 結(jié)語

綜上所述，在功率集成電路的集成信號處理當(dāng)中，可以對信號、傳感保護(hù)以及其中的功率做出全面的分析。在我國目前的集成電路應(yīng)用當(dāng)中，存在著很大的發(fā)展空間。因此需要對功率集成電路當(dāng)中的電機驅(qū)動和數(shù)控功放來根據(jù)實際情況進(jìn)行理論的分析和具體的實現(xiàn)。其中可以有效的實現(xiàn)其傳感保護(hù)、邏輯控制以及功率傳輸高度集成的現(xiàn)象，進(jìn)而科學(xué)有效地控制芯片，通過科學(xué)合理的方式來對其電路系統(tǒng)做出嚴(yán)格合理的控制。

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