功率集成電路中電機驅動電路和數控功率放大器的研究與設計

朱小安

摘 要：隨著現代化的經濟得到了迅速的發展，在電力電路方面的成就也在不斷的變化當中，集中體現功率集成電路集的信號處理方面，可以起到對電力系統的可靠穩定的效果，在智能化方面的發展都起到了相當重要的作用和影響。其中功率集成電路在電子市場當中都占據了相當重要的影響，因此需要對功率集成電路當中的電機功率放大器做出相關的研究。在本文當中，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動集成電路進行了分析；最后對數控功率的放大器做出了實際的分析和研究，希望可以為電機驅動電路和數控功率放大器的研究和設計提供一些參考和建議，從而提高設計的質量，最終實現性能最優化。

關鍵詞：電機；功率集成電路；放大器；數控功率；研究

隨著科學技術的快速發展，相關人員在設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問題，因此在功率集成電路的集成度對于現代化的發展都起到了一個相當重要的作用，因此在這種情況下，需要對我國國內的功率集成電路相關的產品做出實際的分析和規劃，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備的需求，不斷的提高其社會的經濟效益和社會效益。

1 功率集成電路

隨著現代化科學技術的不斷發展， 功率集成線路已經變得不斷的優化，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展的同時，相關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行多方面的最大化保護。尤其是集成電路應用，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代微電子的產物，又是集成電路與各類半導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，提升其穩定性。在七十年代的時候，關于集成電路以及相關功率器件和配套設施的應用，主要集中在芯片上，元件實際使用量不斷提高，最終對系統的穩定性和可靠性都造成一個良好的影響。在集成電路的開發成本方面都具有相當大的優勢條件。在進行應用的時候，可以實現對在高電壓高溫度高電流的情況下所體現出來的性能狀態來進行不斷的優化。在智能功率集成電路的應用過程當中，一個芯片當中集成了傳感以及保護的低電壓集成電路和功率器件，從而達到對其功率驅動可以有效控制的同時，需要對其中的邏輯進行調整，還可以具有邏輯控制以及自我保護等一系列功能，從而對功率系統中的單片集成進行全面的分析。

2 三相無刷電機的驅動集成電路的分析設計

1、設計原理

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

2、電機驅動電路設計

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

在電機的驅動電路單橋臂的結構當中，如果工作電壓存在差異，則其功能也有明顯差異，在三相電機驅動芯片的設計當中，雖然每個橋臂的驅動電路都是一樣的，但是可以分為低壓區和高壓區兩個區域。如果依據功能狀況來進行劃分的話，需要對三相電機當中的驅動電路的單橋臂根據實際情況來做出不同的劃分，其次還要對電機驅動電路做出總體的設計。

如果有死區時間現象出現，則必須科學劃分與有效規劃其中的相關模塊，其中最主要的作用就是可以實現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，由觸發器、濾波和驅動來共同組成，在高端柵驅動電路當中，其中的電路模塊當中主要可以分為輸入邏輯保護、功率管、高端柵驅動電路、保護以及驅動模塊等等，需要對驅動電機的三個橋臂進行設計，最終通過平移信號，來實現電源與有關的電壓相一致。需要對其中所出現的控制信號保持全高電平的狀態，最終避免其中的同橋臂功率管產生直通的現象。其中輸入邏輯保護模塊，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斷。

通過對三相電機驅動電路的基本原理、運行管理要求以及電路系統和結構框圖分析，電路整體性能參數可以總結如表1所示：

3 總體電路仿真結果及其分析

對于總體電路仿真， 關于輸入信號的電機驅動集成電路設計有高低端，兩個橋臂分別開啟了高端管和低端管，根據以上分析，下圖即為仿真環境搭建示意圖，其中主要有柵驅動電路（3個）對外部控制數據信號進行控制，并且給出了電路系統中的三相電機驅動電路仿真環境以及仿真結果。某些時候，第三個橋臂位置的高低端功率管必須全部關斷。本設計的三相電機驅動芯片外圍拓撲結構，如圖所示，否則會出現負載均值電流大于的情況，從而驅動三個橋臂的功率負責給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電壓；橋臂關斷，然后在仿真屮表現為橋臂高端導通時，電壓12伏；其中，高端LDM0S處于導通狀態時，在仿真中，首先是3橋臂低端管導通、2橋臂高端管，1橋臂關斷，負載電流在1、3橋臂的輸出端；此時可以看到負載電流在2、3橋臂的輸出端，2橋臂關斷，之后是1橋臂低端管導通、3橋臂高端管，為2.005A，說明模塊工作處于正常狀態態。

從上圖可以看出，隨著溫度的不斷升高，電路就會被關斷，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，過溫保護預期指標得以實現。

4 結語

綜上所述，在功率集成電路的集成信號處理當中，可以對信號、傳感保護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用當中，存在著很大的發展空間。因此需要對功率集成電路當中的電機驅動和數控功放來根據實際情況進行理論的分析和具體的實現。其中可以有效的實現其傳感保護、邏輯控制以及功率傳輸高度集成的現象，進而科學有效地控制芯片，通過科學合理的方式來對其電路系統做出嚴格合理的控制。

參考文獻

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