功率集成电路中电机驱动电路和数控功率放大器的研究与设计

朱小安

摘 要：随着现代化的经济得到了迅速的发展，在电力电路方面的成就也在不断的变化当中，集中体现功率集成电路集的信号处理方面，可以起到对电力系统的可靠稳定的效果，在智能化方面的发展都起到了相当重要的作用和影响。其中功率集成电路在电子市场当中都占据了相当重要的影响，因此需要对功率集成电路当中的电机功率放大器做出相关的研究。在本文当中，首先对功率集成电路做出了分析；其次对三相无刷电机的驱动集成电路进行了分析；最后对数控功率的放大器做出了实际的分析和研究，希望可以为电机驱动电路和数控功率放大器的研究和设计提供一些参考和建议，从而提高设计的质量，最终实现性能最优化。

关键词：电机；功率集成电路；放大器；数控功率；研究

随着科学技术的快速发展，相关人员在设计一些智能功率的集成电路时，必须全面考虑其中的电路、制作工艺、芯片封装以及性能测试等各个方面的相关问题，因此在功率集成电路的集成度对于现代化的发展都起到了一个相当重要的作用，因此在这种情况下，需要对我国国内的功率集成电路相关的产品做出实际的分析和规划，最终不断的对其功率集成电路方面的问题做出分析，以此来满足人们对于其电子设备的需求，不断的提高其社会的经济效益和社会效益。

1 功率集成电路

随着现代化科学技术的不断发展， 功率集成线路已经变得不断的优化，其中的功率变得更大，能耗更低，工作频率更高。功率电路在朝着小型化发展的同时，相关人员还必须对功率电路的温度、功率电路的电压以及电流进行多方面的最大化保护。尤其是集成电路应用，因为它以集成功率电路为主要集中方式，所以，它既是功率电子融合于现代微电子的产物，又是集成电路与各类半导师体功率器件的主要集合体，此类集合体不但能够最大化的减少元器件数量，还可以最大限度增强功率电路自身的可靠性能，提升其稳定性。在七十年代的时候，关于集成电路以及相关功率器件和配套设施的应用，主要集中在芯片上，元件实际使用量不断提高，最终对系统的稳定性和可靠性都造成一个良好的影响。在集成电路的开发成本方面都具有相当大的优势条件。在进行应用的时候，可以实现对在高电压高温度高电流的情况下所体现出来的性能状态来进行不断的优化。在智能功率集成电路的应用过程当中，一个芯片当中集成了传感以及保护的低电压集成电路和功率器件，从而达到对其功率驱动可以有效控制的同时，需要对其中的逻辑进行调整，还可以具有逻辑控制以及自我保护等一系列功能，从而对功率系统中的单片集成进行全面的分析。

2 三相无刷电机的驱动集成电路的分析设计

1、设计原理

本文主要将三相无刷电机的驱动电机的工作原理当作本次具体的研究对象，在研究过程中，发现每当电机转动一圈，电机内的转子元件也随之完成了一个完整独立的电子状态，从而使得三相电机每转动一圈，就会产生拥有六个状态之多的有序组合状态。每产生一个状态后，都必须相应的改变位于三相电机驱动电路内部的高低导通状态，在电机运行时，其内部的外部霍尔传感器作出相应的感知动作，一路低电位和一路悬空电位，在该驱动电机当中，每个状态中各有一路高电位，从而让马达切换到下一个状态。将其数据信号传递给信号模块当中，包括了驱动电路和功率管的部分。驱动电路内部的各种控制信号在输入过程中，如果需要改变，则必须通过驱动电路收集相应的信号并进行及时传输，三路输入的信号主要包括了来对其运行做出严格的分析，最终转变了将电流流向。电路结构图如图1所示。

2、电机驱动电路设计

基于电机驱动电路运行机理分析，在此种情况下，可以将其进行细化和分析，其中包括了低端栅极驱动、自举电路、过温保护、高端栅驱动、输入逻辑保护以及驱动模块模块和功率管这几个模块当中。

在电机的驱动电路单桥臂的结构当中，如果工作电压存在差异，则其功能也有明显差异，在三相电机驱动芯片的设计当中，虽然每个桥臂的驱动电路都是一样的，但是可以分为低压区和高压区两个区域。如果依据功能状况来进行划分的话，需要对三相电机当中的驱动电路的单桥臂根据实际情况来做出不同的划分，其次还要对电机驱动电路做出总体的设计。

如果有死区时间现象出现，则必须科学划分与有效规划其中的相关模块，其中最主要的作用就是可以实现其低压信號平移到以上，从而将高端功率管彻底打开，信号主要是由整形、电位平移单元、脉冲生成，由触发器、滤波和驱动来共同组成，在高端栅驱动电路当中，其中的电路模块当中主要可以分为输入逻辑保护、功率管、高端栅驱动电路、保护以及驱动模块等等，需要对驱动电机的三个桥臂进行设计，最终通过平移信号，来实现电源与有关的电压相一致。需要对其中所出现的控制信号保持全高电平的状态，最终避免其中的同桥臂功率管产生直通的现象。其中输入逻辑保护模块，在控制逻辑的时候，高端功率管栅极得到的电压等于其源极电压而关断。

通过对三相电机驱动电路的基本原理、运行管理要求以及电路系统和结构框图分析，电路整体性能参数可以总结如表1所示：

3 总体电路仿真结果及其分析

对于总体电路仿真， 关于输入信号的电机驱动集成电路设计有高低端，两个桥臂分别开启了高端管和低端管，根据以上分析，下图即为仿真环境搭建示意图，其中主要有栅驱动电路（3个）对外部控制数据信号进行控制，并且给出了电路系统中的三相电机驱动电路仿真环境以及仿真结果。某些时候，第三个桥臂位置的高低端功率管必须全部关断。本设计的三相电机驱动芯片外围拓扑结构，如图所示，否则会出现负载均值电流大于的情况，从而驱动三个桥臂的功率负责给BLDC芯片提供逻辑控制信号——由于是三桥电路，可以同时截止。

从图上可以看出，桥臂输出的是悬浮状态电压；桥臂关断，然后在仿真屮表现为桥臂高端导通时，电压12伏；其中，高端LDM0S处于导通状态时，在仿真中，首先是3桥臂低端管导通、2桥臂高端管，1桥臂关断，负载电流在1、3桥臂的输出端；此时可以看到负载电流在2、3桥臂的输出端，2桥臂关断，之后是1桥臂低端管导通、3桥臂高端管，为2.005A，说明模块工作处于正常状态态。

从上图可以看出，随着温度的不断升高，电路就会被关断，此时不再输出任何的电流信号，桥臂断开后输出悬浮状电压，过温保护预期指标得以实现。

4 结语

综上所述，在功率集成电路的集成信号处理当中，可以对信号、传感保护以及其中的功率做出全面的分析。在我国目前的集成电路应用当中，存在着很大的发展空间。因此需要对功率集成电路当中的电机驱动和数控功放来根据实际情况进行理论的分析和具体的实现。其中可以有效的实现其传感保护、逻辑控制以及功率传输高度集成的现象，进而科学有效地控制芯片，通过科学合理的方式来对其电路系统做出严格合理的控制。

参考文献

[1]解恩，刘卫国，侯红胜等.功率驱动集成电路安全性分析与设计[J].微电机，2008，41（8）：58-59，65.

[2]黄振跃，朱熀秋，瞿哲奕等.无轴承电机轴向混合磁轴承驱动与控制[J].微电机，2012，45（11）：52-56.

[3]寇宝泉，宋亦旭，张千帆等.电机控制集成电路的选用第四讲功率模块集成驱动电路IR2133的选用[J].微电机，1999，32（4）：45-47.