作者：Naresh Shetty   IR消費(fèi)及工業(yè)部門運(yùn)動控制產(chǎn)品經(jīng)理

        現(xiàn)代工業(yè)及電器應(yīng)用的設(shè)計(jì)人員正面臨越來越大的壓力，需要面對縮小應(yīng)用尺寸、減少元件數(shù)目，同時(shí)改善總體系統(tǒng)性能和可靠性的挑戰(zhàn)，還要兼顧價(jià)格和產(chǎn)品上市時(shí)間，如何解決這些挑戰(zhàn)？本文介紹了最新的高電壓IC(HVIC)技術(shù)，可幫助電機(jī)控制和功率應(yīng)用設(shè)計(jì)人員節(jié)省空間、減少元件數(shù)目和改善可靠性，同時(shí)提供得到增強(qiáng)的保護(hù)功能。

        電流感測方法

        為了縮小應(yīng)用尺寸、減少元件數(shù)目，同時(shí)改善總體系統(tǒng)性能和可靠性，現(xiàn)代工業(yè)及電器應(yīng)用的設(shè)計(jì)人員正面臨越來越大的壓力。同時(shí)，價(jià)格和產(chǎn)品上市時(shí)間的要求還意味著，既要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，又不能導(dǎo)致成本顯著上升或者項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間延長。現(xiàn)在，最新的高電壓集成電路(HVIC)技術(shù)簡化了這些應(yīng)用中越來越多地采用的基于換相變速電機(jī)驅(qū)動解決方案的設(shè)計(jì)，從而幫助工程師滿足上述要求。而且，同樣的集成技術(shù)也可以用于通用倒相電路、開關(guān)電源(SMPS)和不間斷電源(UPS)。

        變速驅(qū)動的需求

        變速電機(jī)驅(qū)動可以為空調(diào)器等家用電器、工業(yè)或商業(yè)設(shè)備帶來許多好處。這些好處包括提高機(jī)器設(shè)備的能源效率、改善可靠性、降低振動和消除電氣與聲學(xué)噪聲。之所以能夠有效地以具有成本效益的方式采用這類變速驅(qū)動，主要是因?yàn)橥ㄟ^IGBT和功率MOSFET等器件在功率半導(dǎo)體技術(shù)方面取得了進(jìn)展。這些設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是，所采用的基于IGBT或MOSFET的功率放大級免于出現(xiàn)短路、過流和接地故障。

        逆變器級和電機(jī)相電流的感測是這類設(shè)計(jì)中的另一項(xiàng)關(guān)鍵要求，因?yàn)樗请娏髂Ｊ娇刂婆c過流保護(hù)的基礎(chǔ)。電流模式控制要求很高的精確度和線性度，而過流保護(hù)要求響應(yīng)速度要快。實(shí)際上，電流信號可以通過與下列結(jié)點(diǎn)相連接而被取樣：正或負(fù)DC總線、單IGBT相位腳、或電機(jī)相位超前(圖1)。不管在哪個(gè)DC總線上取樣的電流信號，都是所有IGBT相位腳電流的矢量和。另外，信號內(nèi)容是經(jīng)脈寬調(diào)制的基本變頻電機(jī)電流的包絡(luò)，在固定的載波頻率上。因此，必須采用相當(dāng)復(fù)雜的“取樣與保持”及數(shù)字信號處理(DSP)電路，用來提取具有良好線性度和精確度的有用的電流信息。

        HVIC器件的橫截面

        在單個(gè)IGBT相位腳上對電流的取樣看起來更容易操作了，但實(shí)際上卻不能消除對載波頻率取樣處理的需求。到目前為止，最簡單的、容易獲得的電流信號來自于電機(jī)的相位超前，信號內(nèi)容僅是基本的變頻電機(jī)電流。需要考慮的一個(gè)重要因素是，漂移在600～1200V普通模式電壓上的小差分信號在幾毫伏范圍內(nèi)。另外，由于IGBT逆變器相位的作用，普通模式電壓以最高10V/ns的dV/dt速率在-DC到+DC之間波動。

        高電壓IC技術(shù)

        高電壓IC技術(shù)(HVIC)取得了新進(jìn)展，現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員能夠采用精良、節(jié)省空間且元件較少的解決方案，從而解決了目前驅(qū)動設(shè)計(jì)中的保護(hù)與電流感測問題。例如，IR自有的HVIC技術(shù)允許將一個(gè)低側(cè)接地CMOS電路和一個(gè)高側(cè)浮動CMOS做到一起，通過N或P溝道LDMOS區(qū)域相隔離(圖2)。LDMOS的作用是位準(zhǔn)移動，目的是在低側(cè)和高側(cè)電路之間跨過高壓柵來傳遞控制信號。HVIC技術(shù)使得人們能夠設(shè)計(jì)出單片電路解決方案用于驅(qū)動和保護(hù)MOSFET及IGBT。同時(shí)，它提供了感測一個(gè)漂移在大的普通模式電壓上的小差分電壓的能力，甚至在快速瞬變的時(shí)候。因此HVIC技術(shù)是創(chuàng)建電流感測接口IC的理想基礎(chǔ)。

        采用IR HVIC 技術(shù)開發(fā)的1200V柵極驅(qū)動器集成電路。