三相电机工作需求三相逆变器，其一般组成为：6个功率晶体管（MOSFETs或IGBTs）、操控晶体管的栅极驱动器（一个或多个）、完成操控算法（速度、转矩操控等）的操控逻辑电路（微操控器或微处理器）。
栅极驱动器为数字操控和功率执行器之间的模仿桥梁，其有必要牢靠、抗噪声和扰动鲁棒、精确（保证操控算法和脉宽调制有用），且为保证安全工作，其在十分规条件下或在体系某一部分失效期间需具有维护和安全功用。
导言
STMicroelectronics STDRIVE601为一款针对N沟道功率MOSFET和IGBT的集成三个半桥栅极驱动器的单芯片。该芯片选用了ST公司的BCD6s-高压技能，该技能将双极性、CMOS和DMOS器材与可驱动高侧晶体管且击穿电压超越600V的起浮单元集成在了同一芯片上。新一代的BCD6s技能保证了该器材一流的稳健性。
该器材还具有几项辅佐功用和特色，这有助于加快体系规划、削减外围元器材和电路。防止针对噪音和扰动来运用杂乱琐碎的维护电路且可保证整个运用简略经济。
STDRIVE601选用小体积的SO28封装，可代替三个半桥驱动器以简化PCB板布局。6路输出均可完成350mA灌电流和200mA拉电流，且栅极驱动电压规模为9-20V。
三个高侧自举单元作业电压高达600V且可由内置自举二极管供电，可节约PCB面积并削减元件数量。低侧和每个高侧驱动单元的欠压确定（UVLO）功用可防止功率开关作业在低效或风险状况。
因为技能开展和规划优化，STDRIVE601可在负压尖峰超越100V时保证稳健性，而且以业界抢先的85ns呼应逻辑输入。凹凸侧单元的延时匹配消除了周期畸变且可保证高频工作，互锁和死区刺进一起也防止了不知道情况下的穿插导通。
智能关断电路保证了有用的过流维护，高速维护功用可在检测到过载或短路后的短短360ns内关断栅极驱动器。规划者可经过改动外部电容的容值来设置和调整维护关断时刻而不会影响芯片关断反应时刻，该芯片还供给了一个低电平有用毛病指示引脚。
ST公司还供给了evalSTDRIVE601评价板以协助用户探究STDRIVE601的功用并敏捷发动和工作第一个原型。
负压现象
半桥输出中的负压尖峰在功率运用中十分常见，特别是空间或机械约束导致无法对PCB布局进行优化时。负压尖峰会导致一些不良现象，如自举电容的过充电以及器材稳健性缺乏时输出侧的误动作。
在半桥拓扑结构中，特别是驱动大理性负载时，功率半桥的输出很简略呈现负压，表现为初始的动态尖峰和后续的静态负压（如图1-b所示）。这个现象呈现在桥臂硬开关切换至低电平输出且负载电流由桥臂输出至负载时。当高侧开关封闭时，理性负载元件企图坚持输出电流稳定。输出电压逐步下降且当其下降至“地”电平值时，电流开端经低侧续流二极管续流，该二极管正导游通。动态负压首要是因为与半桥低侧电流途径续流二极管串联的PCB板子上寄生电感引起的高dI/dt而形成的尖峰。别的，动态负压还与低侧续流二极管的正向尖峰电压（其在时刻短时刻内由高压反向状况切换到正导游通状况）和分流电阻的寄生电感有关。
静态负压首要由采样电阻（如果有）的电压降和续流二极管的正向电压降组成（如图1-a）。
图1 半桥电路的负压现象
栅极驱动器稳健性
STDRIVE601规划的首要特色是其对噪音、扰动和负压现象超卓的稳健性。得益于立异的电平转换器架构和ST先进的制作工艺技能，该驱动用具有超卓的抗击高负压尖峰才能，而且可以在十分峻峭的共模暂态下正常工作。
在专用的测验电路（图2）中测验并确认了该芯片对负压尖峰的抗扰性，该规划旨在人为地发生比实践运用中发现的尖峰大得多的负压尖峰。
图2中RL负载为200 µH、16 Ω，且为了模仿PCB布局较差时引进的杂散电感的影响，选了几个电感（0.19 µH, 0.45 µH, 0.82 µH）可与低侧IGBT串联。
图2 负压现象剖析电路
图3为杂散电感为0.82 µH时的现象：输出由300V摇摆至0V，负压尖峰最小峰值为-127V且坚持148ns。经过几回的切换，没有任何损坏或许工作异常。
图3 杂散电感为0.82 µH时通道1输出存在-127V负压尖峰
自举二极管
STDRIVE601内部自举二极管选用额外600V MOSFETs完成，其在LVG输出翻开时经由主电源（VCC）给每个通道的自举电容充电。这防止了运用大且贵的外部高压二极管。
图4 STDRIVE601自举二极管和传统自举二极管比照
内置自举电路导通，有一个正向偏置，不存在实践二极管中的偏置电压。图4展现了这两者的差异，其表明了STDRIVE601自举二极管和传统自举二极管的I-V（电流-电压）搬运曲线。关于给定电流，这一特征在剩下电压降方面优势杰出，且可在电压降较小时也可对自举电容进行充电，而传统二极管对此稍显乏力。
过流智能关断维护
STDRIVE601内置了一个比较器，该比较器经过智能关断（SmartSD）电路进行毛病维护。
SmartSD电路可在过载或过流时关断栅极驱动器，且毛病检测至实践输出关断之间的延时仅360ns。维护干涉时刻与毛病后的禁用时刻彼此独立，且维护呼应速度为市场上其他栅极驱动器的两倍。这答应规划者在不添加内部维护推迟时刻的情况下，将毛病事情后输出的禁用时刻添加到十分大的值。禁用时刻取决于外部电容COD的容值和可选的衔接到OD引脚的上拉电阻的阻值（见图5）。
用于智能关断的比较用具有一个内部参阅电压VREF且其衔接到反相输入端，同相输入端衔接至引脚CIN。比较器的CIN引脚可衔接至外部分流电阻，从而完成简略快速的过流维护功用。比较器输出信号经滤波后输入到SmartSD逻辑单元，其滤波时刻为固定时刻tFCIN（约300ns）。
VREF阈值典型值为460 mV，比较器输入（CIN）滞环电压约为70 mV。当CIN引脚上脉冲电压高于VREF时，SmartSD逻辑被触发并立行将驱动器输出置低（OFF）。一起，毛病引脚（FAULT）强制置低来指示该事情（例如输入到微操控器）且OD开端让外部电容COD放电以设置毛病事情的输出禁用时刻。一旦输出禁用时刻到期，FAULT引脚将开释且驱动器输出从头跟从输入引脚。
总禁用时刻由如下两部分组成：
● OD解锁时刻（图5中t1），即电容COD放电至VSSDl阈值的时刻。SmartSD比较器被触发时放电当即开端。
● OD重启时刻（图5中t2），即电容COD从头充电至VSSDh阈值的时刻。当OD上电压到达VSSDl，毛病状况铲除(CIN < VREF – CINhyst)，OD内部MOSFET封闭，此刻COD从头充电。这个时刻是禁用时刻的首要组成部分。
当OD未经外部上拉时，外部电容COD放电时刻常数取决于COD和内部MOSFET的特性（如下方程（1）所示），重启时刻取决于内部电流源IOD和电容COD（如下方程（2）所示）
t1 ≌ RONOD · COD · ln  |
(1) |
t2 ≌  · ln  |
(2) |
其间VOD为OD起浮电压。
当OD经外部上拉电阻ROD_ext衔接至VCC时，OD放电时刻取决于外部网络ROD_ext、COD和内部MOSFET的电阻RON_OD（如下方程（3）所示），重启时刻取决于流过ROD_ext的电流（如下方程（4）所示）。
t1 ≌ COD ·  ·ln  |
(3) |
t2 ≌ COD · ROD_ext · ln  |
(4) |
其间VON=
VCC，VOD=VCC。
图5 智能关断时序图
下图为两种不同的电容衔接至OD引脚时智能关断功用工作示例。CIN引脚上的触发脉冲宽度为500ns、峰峰值为1V，且内部电流源(IOD)对外部电容进行充电。
| COD=2.2 µF
VSSDh=4 V VSSDl=0.56 V lOD=6µA RON_ON =25Ω VOD=15V →禁用时刻=1.46 s |
Cod=330 nF VSSDh=4V VSSDl=0.56V lOD=6µA RON_ON =25Ω VOD=15V →禁用时刻 = 220 ms |
| （a） |
（b） |
(a)
(b)
图6 左图中COD = 2.2 µF，右图中COD = 330 nF
其它功用和特色
STDRIVE601具有快速和精确的传达推迟。凹凸侧驱动器从输入翻转到输出注册或关断的延时均为85ns，匹配时刻低于30ns且其典型值为0ns。
欠压确定（UVLO）机制监控驱动器供电电压的输出改变，并在该电压下降至低于预设阈值时将输出关断。该维护可防止驱动器在电源电压较低时驱动功率管（这将导致导通损耗过高乃至损坏功率管）。
UVLO阈值具有滞回特性且内置滤波器可防止电源电压上噪音引进不必要的动作。STDRIVE601的6个驱动器均由UVLO机制进行维护。
图7 VCC电源上的UVLO机制
总结
三相电机因为具有多项优势，正敏捷代替简略的单相和有刷电机。三相驱动器（如三相600V单芯片栅极驱动器STDRIVE601）的易用性、可用性和经济性是这一开展的首要原因地点。STDRIVE601具有稳健性、简略性和节约本钱的特色，一起可保证体系受维护并供给安全功用。
