震撼来袭 | 我有智能功率IC，你有电机么？

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众所周知，3相电机在家电应用中的部署规模是非常大的，这主要是源于其稳定的运行性能，使用寿命长、噪声小、起动转矩大、易维护等优良特点。而作为维持整个3相电机稳定运行工作的重要一环，功率器件在其中发挥着重要的作用，如何选择一款合适的电机驱动功率器件就成为了工程师比较头疼的问题。

今天我们要为大家介绍的是东芝智能功率IC产品中的一款高压3相智能动力电机驱动功率器件——TPD4204F，其精湛的工艺设计，独特的结构布局，智能化的工作保护机制能够很好地保障3相电机在运作过程中稳定高效地执行。下面就例举几个关键点来剖析一下这颗神秘芯片。

01独特的高压智能功率器件

一般很多的电机驱动功率器件是不能够承受上百伏以上的电压的，基本上都得依赖外围电路来进行一个电压平衡，然后再控制电源频率输出从而形成一个高压PWM电源信号给3相电机供给。但是这样的驱动设计一是浪费了很多的资源成本；二是控制的精度不高，纹波极其严重；三是缺少系统保护，给稳定运行带来隐患。

TPD4204F能够支持AC 50~600V的电源接入，同时它具有IGBT栅极驱动电路的控制电路、高侧栅极驱动电源的自举电路、各种保护电路、电平漂移电路和逻辑电路。此外，TPD4204F还具有6个IGBT和FRD单芯片设计。具有直接驱动3相无刷直流电机的功能。

02巧妙的硅技术SOI设计

为了在单个器件上实现高压输出元件和精细图形的逻辑／驱动电路，设计中采用了SOI（Silicon-On-Insulator）技术，是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。

想必大家就会发问了，采用SOI技术有什么好处呢？SOI技术能够在集成电路中完成元件介质的有效隔离，可以消除传统CMOS工艺电路中的寄生闩锁效应。而且采用这种材料制成的集成电路具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小等优良特点，能有效地提高电机驱动上的灵敏精度控制。同时采用SOI设计能够使得堑壕隔离使隔离区域最小化，集成电路中的每个元件都被介电材料完全隔开。避免了寄生器件的影响，使系统具有较高的可靠性。

03灵活的波控制方式

为了满足市面上不同厂商生产的3相直流无刷电机的不同控制方式，TPD4204F在控制方式中采用了两种不同波控制方式。分别为方波控制型（120度控制型）和正弦波控制型（180度控制型），分别驱动6个IGBT开关控制一台3相无刷直流电机。

120度的方波控制、180度的正弦波控制和调制方法根据电机的类型、应用领域和要求来选择。一般来说120度方波控制是最早的变频控制技术，由于是经典控制方式，也存在不俗的应用场景。180度正弦波是其升级后的产物。180度正弦波技术通过改变压缩机输出的能量，能够充分体现出高效率、高可靠、高稳定的特性。

04强悍的电气属性

1.高压电源侧和低压信号侧是互相独立的，运行的过程中不会产生干扰。

2.在3分流电阻的电流检测中起着不可或缺的重要作用。

3.拥有简单设计的高压自举电路。

4.内置了引导二极管，保障安全稳定运行。

5.在正弦波控制驱动方式电路中，设定了1.4us的死区时间。

6.全部使用MOSFET的3相桥式输出。

7.内部集成过电流／热关断／欠压等保护功能，提高芯片的可靠性。

8.内置7V的调节器，对偏置起到一定的调节。

9.外观设计为30引脚的SSOP表贴封装，方便散热。

05全面的保护机制

考虑到TPD4204F会出现欠压、过流、发热、外接电源异常情况下，东芝的设计者们在内部集成了一系列的保护机制。

首先是欠压保护，以防止MOSFET工作在不饱和模式时，电压VCC或电压VBS下降，当VCC电源切换到本产品内部设置VCCUVD（＝11V（典型值））时，不管输入是什么，MOSFET输出都关闭。

其次是过流保护，可以在启动或锁定电机时防止过电流。此保护功能可以检测连接到RS引脚的电流，检测电阻器中产生的电压。当这个电压超过VR（＝0.5V（典型值）），MOSFET输出打开，经过一段时间后就会关闭，防止任何额外的电流输入芯片当中。

然后就是SD模块，当外接电路检测到过流或其它电流时，可以关断集成电路。

作为一个高压驱动大功率器件发热肯定是数见不鲜的，芯片发热严重或者散热不及时就会引发系统运行紊乱甚至还可能会烧掉芯片。为了防止内部温度对TPD4204F的影响，当芯片的温度由于外部原因或内部发热上升到内部设置的TSD时，无论输入什么，所有MOSFET输出都将关闭。

06了然的应用设计

 

可以看到，外围电路设计异常的简单，一般是由电阻、电容等简单电子元件组成，很大程度上节约了成本。由于无刷直流电机工作时静音效果非常好，一般应用在滚筒洗衣机、空调、吸尘器、吸油烟机等家用电器上。同时在汽车上也有不俗的应用，比如在汽车的净化器、汽车空调、汽车驱动上都能使用。随着电动车的普及，也使得3相电机驱动器得到了很大的发挥。

TPD4204F是东芝面向高压3相电机研发的一颗智能功率IC，从设计和功能配置两方面提升了电机运行的稳定性，是您在电机设计选型中的不二选择。

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