300W三相逆变器参考设计：东芝TMP375FSDMG微控制器结合PI电机驱动器、反激式开关IC，效率达97%
本文描述了一款300W功率，97％效率的三相逆变器设计，使用了PI公司推出的BridgeSwitch电机驱动器BRD1165C、LinkSwitch-TN2反激式开关IC LNK3204D以及东芝TMP375FSDMG微控制器，用于高压无刷直流（BLDC）电机应用。该设计显示了BridgeSwitch半桥电机驱动器IC的高度集成度所带来的器件性能，内部电平监控、系统级监控和故障保护功能。采用LinkSwitch-TN2 LNK3204D的高电压、低元件数降压转换器为电机控制微控制器、电流检测放大器、接地检测比较器、UART（通用异步收发器）以及所有逻辑电路和接口电路供电。东芝TMP375FSDMG微控制器（MCU）用于此演示板设计，它是一款高性能微控制器，采用称为“矢量引擎”的常规处理硬件，用于电机矢量控制。
该款三相逆变器设计的输入电压范围为270VDC到365VDC，典型值为340VDC。输入电流IIN为0.9ARMS，电机相位电流IMOTOR为0.9ARMS。在效率为97%时，其输入功率为309W，逆变器输出功率为300W。在自供电操作下，其PWM载波频率典型值为12kHz，最大值为20kHz，环境工作温度范围为0℃到40℃。
图1 使用BridgeSwitch实现三相逆变器设计的电路板顶部视图
图2 使用BridgeSwitch实现三相逆变器设计的电路原理图
电路描述
上述电路原理图显示了使用三个BridgeSwitch BRD1165C器件的三相逆变器。该电路设计用于驱动一个高压三相无刷直流（BLDC）电机，利用磁场定向控制（FOC）来控制电机。 BridgeSwitch将两个600V、N沟道功率FREDFET及其相应的栅极驱动器组合在了一个薄型表面贴装封装中。BridgeSwitch的功率FREDFET具有超软、快速恢复二极管，非常适合逆变器驱动应用。两个驱动器均完全自供电，无需系统电源即可提供栅极驱动电源。高压降压转换器中的LinkSwitch-TN2 LNK3204D为来自东芝以及相关电路的电机控制微控制器TMPM375提供电源电压。
此外，BridgeSwitch还集成了内部故障保护和系统级监控功能。内部故障保护包括对两个FREDFET的逐周期电流限制和两级热过载保护。另一方面，系统级监控包括具有多级欠压阈值和一个过压阈值的高压DC总线监测功能。BridgeSwitch还可以使用外部传感器进行配置，例如用于系统温度监控的热敏电阻。单线开路漏极总线将检测到的所有故障或状态变化信息传送到系统微控制器。
1. 使用BridgeSwitch的三相逆变器
三个BridgeSwitch（U2、U4和U6）构成三相逆变器。逆变器的输出通过连接器J1、J2和J3（分别为U、V和W相）连接到三相BLDC电机。
2. 输入级
输入级由保险丝F1、整流二极管D4、浪涌热敏电阻RT1和输入电容C24组成。保险丝F1在输入电流过大时提供保护。二极管D4用于输入整流和电路保护，以防输入总线电压的极性反转。热敏电阻RT1是负温度系数（NTC）器件，最初呈现高电阻，可防止大电流在导通时流动，从而限制浪涌电流。大容量电容器C24用于高输入总线电压。
3. 高压直流总线去耦电容
C2、C21和C32是高压电容器，为每个BridgeSwitch提供直流总线电压的局部高频去耦。考虑到PCB布局所需的爬电距离和间隙，电容器实际放置在每个BridgeSwitch的高直流输入电压引脚和电源接地引脚之间。
4. 偏置电源
C16、C26和C36为集成的低边控制器和栅极驱动器提供自供电去耦。一旦电压水平开始下降，内部高压电流源就会对这些电容器进行充电。另一方面，电容器C3、C22和C34为集成的高边控制器和栅极驱动器提供自供电去耦。只要相应器件的半桥点电压下降到低边源电压电平（即低边FREDFET导通电压），内部高压电流源就会对这些电容器进行再充电。
5. PWM输入
输入PWM信号U0、X0、V0、Y0、W0和Z0控制集成的高边和低边功率FREDFET的开关状态。系统微控制器提供所需的PWM信号和所需的开关频率。
6. 逐周期电流限制
电阻R15、R21、R31、R39、R46和R53设置集成的低边和高边功率FREDFET的逐周期电流限制水平。选定值为44.2kΩ的电阻将电流限制值设置为默认水平的100％或3A。
7. 系统欠压（UV）和过压（OV）保护
BridgeSwitch U2通过电阻R5（3MΩ）、R8（2MΩ）和R13（2MΩ）监控直流总线电压。7MΩ的组合电阻将欠压阈值设置为247V、212V、177V和142V。总线过压阈值为422V。FAULT引脚将任何检测到的总线电压故障状态报告给系统微控制器（MCU）。
8. 系统级温度和监控
BridgeSwitch U4通过连接到SM引脚的热敏电阻RT2监控系统温度。电阻R36将阈值调节为90°C的系统级故障温度阈值。设备通过其FAULT总线向MCU报告检测到的外部设置系统级温度的状态变化。
9. 故障通信
BridgeSwitch设备（U2、U4和U6）通过连接到微控制器引脚20的通信总线报告任何检测到的内部和系统状态变化。微控制器根据设备报告的状态更新来采取措施。这些措施包括逆变器关闭、闩锁、重启和警告等。
10. 设备ID
每个BRD1165C通过引脚11（ID引脚）的连接为自己分配一个唯一的器件ID。引脚连接可以是浮空的，连接到SG引脚或BPL引脚。设备ID可以将标记故障的实际设备传送给系统微控制器。
11. 微控制器
设备U3，东芝TMP375FSDMG是负责整体电机控制的微控制器（MCU），特别适用于磁场定向控制（FOC）算法。为了精确地促进电动机旋转和定位，来自检测电阻器R22、R40和R54的每相电流信息将通过电流检测放大器U1B、U1C和U1D。然后将该信息直接馈送到微控制器U3的引脚3、4和5（分别为AINB10、AINB11和AINB12）。
12. 电流检测放大器
U1B、U1C和U1D是电流检测放大器，其从检测电阻R22、R40和R54处收集数据。来自这些检测电阻的电流信息在运算放大器输出引脚中以2.5VDC电平偏移。U1A电路提供2.5VDC偏移参考电压。来自U1B、U1C和U1C输出的电流信息传递给微控制器，微控制器调制PWMS输入到BridgeSwitch逆变器，保持所需的功率和RPM。
注：U1A、U1B、U1C和U1D是在一个IC封装中的运算放大器（四路运算放大器，U1）
13. 接地检测比较器电路
器件U7A、U7C和U7D是接地比较器电路，只要通过电流检测放大器U1检测到过电流，就会关闭PWM。电流检测放大器电路AINB10、AINB11和AINB12的输出电压不断与R48和R57上的分压器电压值进行比较。比较器电路的输出直接连接到微控制器，如果该输出变低，则禁止PWM。
注：U7A、U7C和U7D是在一个IC封装中的比较器（四路比较器，U7）
14. 辅助电源电路
器件U5（LNK3204D）是一款高边降压开关IC，负责为微控制器、接口电路和电流检测放大器电路提供5V电源。它直接将高输入直流电压降低到所需的低输出电压。
15. 电机连接器
J1、J2和J3（分别为U、V和W相）是直接将BridgeSwitch 3相逆变器连接到BLDC电机的机械连接器。
16. JTAG/SWD连接器
J4是编程设备和微控制器的JTAG连接器接口。
17. UART电路
设备U8是UART（通用异步收发器）设备，负责通过数据通信接口/连接器P1促进微控制器和计算设备（计算机、笔记本电脑、PC）之间的故障通信。
三相逆变器设计特点：
·BridgeSwitch-高压半桥电机驱动器
·集成600V FREDFET，具有超软快速恢复二极管
·没有散热片
·完全自偏置操作-简化辅助电源
·高边和低边逐周期电流限制
·两级设备过温保护
·具有四个欠压阈值和一个过压阈值的高压总线监控器
·系统级温度监控器
·单线状态更新通信总线
·无传感器磁场定向控制（FOC）
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型号- FL40BL26-24V-10357B,FL40BL56-36V-3986B,FL32BLW,FL42RBL93-24V-6375A-P,FL80BLS105,FL32BLW18-12V-4607A,42RBL-IE,24BLW25-IE,14SBL,FL20BLW14-12V-5105A,FL57BLB40,FL57BL SERIES,FL130BLG,85BL,FL60BLG SERIES,36RBL-36JXE30K,57BL-IEX,FL86BLC64,FL40BL26-12V-9644B,FL125BL SERIES,42RBL,FL86BLS58,36RBL,FL57BL01,FL20BLW,FL57BL04,FL40BL,FL57BL02,FL57BL03,FL22RBL SERIES,50BL,48CBL,FL42RBL,FL86BLC105,FL57BLA03,FL57BLA04,FL57BLA01,FL57BLA02,FL110BLG SERIES,60BLW42-56JIM300K,57BLA,38BLG,57BLB,86BLC,FL36RBL,FL32BLWA16-9V-3314A,36CBL,57BLS,42CBL-42JXF100K,32BLW,80BLE,57SC,FL32BLWA,80BLG,57BL,19SBL,FL42RBL60-24V-4030A-P,80BLS,42CBL,FL130BLG200,FL57BLAS04,24SBL,60SV,FL42BLB SERIES,32BLW25-G-IE,FL86BLS SERIES,FL60BLG,FL57BLAS01,FL57BLAS02,FL57BLAS03,FL80BLG100,24CBL,32BLW18-32JM30K,60SC,FL42BLB04,48CBL-IE,32BLWA,42RBL-42JMG50K,20BLW,FL100BLG150,FL42SC03-01,7PBLS,57BL-56JM300K.,FL42BLB03,FL42BLS,57BLS-60JB,FL42BLB02,FL42BLB01,86RLS-90JR,FL86BLC SERIES,FL42RBL30-24V-4009A-P,FL42BLS04,FL86BLS125,FL42BLS03,86BLS,45BLW-42JM150K,FL42BLS02,130BLG,FL42BLS01,FL40BL56-48V-43102B,FL80BLS SERIES,FL86BLC125,110SV,33BL,FL42RBL85-24V-4060A-P,FL33BL80-24V-7840A-S,FL80BLG75,28BL-28JN30K,FL125BL60,FL57BLS SERIES,FL28BL SERIES,100SV,FL40BL SERIES,FL28BL77-24V-3116AF,FL32BLW18-24V-4507A,22RBL-22JN10K,FL57BLS01,FL70BLS02,FL32BLWA16-24V-4118A,FL57BLS02,FL70BLS03,70BL,FL110BLG200,FL57BLS03,42BLS,FL57BLS04,FL70BLS01,FL20BLW14-24V-5205A,FL32BLW18-48V-4808A,22RBI,33BL-32JXE30K,24CBL-IE,28BL,FL70BLS,28SBL,42BLA,42BLB,40SBL,FL125BL,FL80BLS84,FL22RBL70-24V-3515A,FL110BLG,FL33BL80-48V-10040AS,FL33BL SERIES,28CBLA-28JN30K,80SV,FL28BL28-15V-8006AF,22SBL,FL40BL36-36V-6487B,57BLS-IE,FL32BLWA16-12V-3716A,110BLG,60BLG,FL33BL38-24V-3007A,16SBL,42SC,FL86BLS,57BL-IE,57SVA,45BLWH,60BLW,FL42BLA04,FL42BLA03,FL20BLW SERIES,FL42BLA02,FL42BLA01,FL32BLW18-9V-3706A,FL36RBLS40-24V-4818A,80SVA,FL42BLA,FL42BLB,FL28BL,FL100BLG SERIES,90BLW-56JM450K,FL100BLG100,42BLS60-42JM100K,FL42BLA SERIES,FL36RBLS57-24V-4524A,FL57BLA SERIES,FL57BL,FL80BLS140,FL60SV40-48V-30AEB-JX20-01,38SV,20BLW14-22JM15K,FL57BLB80,38CBL-IE,FL38BLG10,FL57BLB SERIES,36CBL-36JXF50K,FL86BLS84,FL80BLS,FL110BLG150,38CBL,28CBLA-IE,FL42RBL SERIES,FL32BLW SERIES,FL86BLC,FL42BLS SERIES,FL70BLS SERIES,FL22RBL,FL40BL36-36V-8776B,FL40BL36-18V-8260B,38CBL-36JXF50K,86SVA,FL130BLG SERIES,FL80BLG SERIES,38BLG SERIES,125BL,FL100BLG,42BLS-IE,FL60BLG40,24CBL30-24JN10K,FL130BLG300,36CBL-IE,FL22RBL45-24V-4604A,FL86BLS98,90BLW42-EN,FL42SVA01-48V-30AEB-JX20-01,FL86BLC77,60BLW42-EN,FL86BLS71,FL57BLS,FL28BL38,FL33BL,FL80BLS120,FL57BLB60,42CBL-IE,86SC,115BL,45BLW,FL36RBL SERIES,28CBLA,FL32BLWA SERIES,40BL,FL40BL36-48V-4165B,40BL-ENHANCED,FL57BLA,90BLW,FL80BLG,100BLG,42SVA,FL38BLG05,FL60BLG20,32SBL,FL57BLB,130SV
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ROHM（罗姆）电机驱动器选型指南（英文）
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型号- RQ3L090GN,BD63130AFM,SH8MA2,BD16938AEFV-C,BU6821G,BD64350MUV,BD6981FVM,BD6231HFP,R6009JND3,R6020JNJ,SH8MA4,SH8MA3,BM63574S-VA,BD63282EFV,BM63574S-VC,BD68620EFV,R6025JNZ,R6025JNX,R60XXJNJ,BD6212FP,BD6231F,BD61243FV,BM6243FS,RGS30TSX2D,RGTXTM65D,BD63242EFV,BD16912EFV-C,BD69060GFT,HP8M51,RGS50NL65D,GMR,RQ7L055BG,BD6758KN,QH8MA2,QH8MA4,QH8MA3,BD63725BEFV,RJ1G12BGN,RGTXXTS65D,RGT40TS65D,BD6230F,BD6961F,BD65492MUV,RGTXXBM65D,BM62351MUV,BM62380MUV,BD62130AEFJ,BU24038GW,RGT50TM65D,BD62220AEFV,BD6968FVM,RD3P200SN,RS1G180GN,BD16852EFV-C,R6007JNJ,RJ1P12BBD,AG087DGD3,RGT50NS65D,SH8MC5,RGS60TS65D,RGS00TS65D,RGS00TS65E,BD63576NUX,BM6244FS,R6042JNZ4,RSJ301N10,RGT40TM65D,HP8M31,RMS338NA-005,R6018JNX,BD6995FV,BD63511EFV,SH8MB5,R6030JNZ,RF4L070BG,R6030JNX,R6070JNZ4,BD63007MUV,BM63577S-VA,RGT20NL65D,R6007JNX,RQ3G100GN,BD67891MUV,BM64378S-VA,BD63800MUF-C,BM63577S-VC,BD63720AEFV,RGS60NL65D,BD6380EFV,R6009JNX,R6020JNZ4,R6009JNJ,BD6422EFV,BM6249FS,RGS30NL65D,RQ3G150GN,BM63575S-VC,BD6211F,BM6241FS,RGT30TM65D,BM63575S-VA,BD68710EFV,R6004JNJ,BD63521EFV,BD63030EKV-C,BD63035EFV-M,BD6385EFV,R6030JNZ4,RX3G18BBG,BD6232HFP,BD6982FVM,RS1P600BE,RMS335ND-007,BM65364S-VA,BD16939AEFV-C,BM65364S-VC,RS1L180GN,BD63710AEFV,RX3G07BBG,QH8KA2,QH8KA1,BD16950EFV-C,RMS338ND-003,QH8KA3,BD6965NUX,BD69830FV,BD63001AMUV,BD6222FP,BD6210F,RF4G100BG,RGT,RGS,BD6964FVM,BD6389FM,BD63005AMUV,UT6KC5,RSJ650N10,BD63003MUV,BD63520AEFV,BU6823G,RGSXXNL65D,BM63375S-VA,BD63940EFV,BD61248NUX,BM64377S-VA,BM63375S-VC,BD6232FP,QH8MB5,RQ7G080BG,RGT00TS65D,BD6964F,BD65499MUV,RGS80TSX2D,BD6221F,BM6242FS,R6006JND3,BD63620AEFV,BD63150AFM,RS1L120GN,BD16805FV-M,R60XXJNX,R60XXJNZ,BD6376GUL,BD6423EFV,AG073DGS4,BD62110AEFJ,BU24020GU,RGS40NL65D,RGTXNL65D,RGSXXTS65D,RGSXXTS65E,RD3XXXXBG,BD6210HFP,RD3P08BBD,RGT16BM65D,RGT16TM65D,BD63524AEFV,QH8MC5,BD63730EFV,R6020JNX,R6020JNZ,BD65494MUV,BD63801EFV,BD62017AFS,BD6220F,BD63525AEFV,BD67173NUX,BD6736FV,RX3L18BBG,BD63251MUV,BU24033GW,BD63572MUV,BD6211HFP,BD63002AMUV,SH8K41,BD2310G,BM6247FS,BD63565EFV,RF4XXXXBG,UT6KB5,BD6381EFV,BD63731EFV,R60XXJND3,LTR18,RQ7XXXXBG,RGT20TM65D,RGT8NS65D,BU69090NUX,BD68720EFV,RGT40NL65D,BD63573NUV,BD61251FV,AG070DGS4,BD6222HFP,BD62210AEFV,SH8K39,R6004JND3,LTR10,RGT30NS65D,BM64070MUV,BD65496MUV,BD68715EFV,BD6382EFV,RD3G07BBG,RQ3XXGN,BU6909AGFT,BD16860AEKV-C,RGT16NL65D,BD63960EFV,RGS50TSX2D,RJ1G08CGN,BD62120AEFJ,BD65491FW,BD63715AEFV,BD63910MUV,R6004JNX,RD3L07BBG,QH8KB5,BM6248FS,BD65491FV,BD69730FV,QH8KB6,R6025JNZ4,BD62018AFS,BD63610AEFV,RX3L07BBG,RS1XXXXGN,AG004DGD3,BD63510AEFV,RGT40NS65D,RGTXXNS65D,BM64300MUV-EVK-001,BD62321HFP,BD6387EFV,RMS118NA-009,BD63015EFV,BM64300MUV,R6007JND3,RMS332ND-010,QH8KC6,QH8KC5,SH8K52,QS8M51,BM63374S-VA,BM63374S-VC,RGT80TS65D,UT6MA2,BD6962FVM,SH8KA4,BD6373GW,BD61245EFV,SH8KA2,SH8KA1,BD68610EFV,SH8KA7,GMR320,RGT50TS65D,LTR100,RGSX5TS65E,RGT30NL65D,RJ1L06CGN,SH8M41,R6050JNZ,BU24035GW,R6006JNX,R6018JNJ,RGSX5TS65D,BM6245FS,BD6237FM,RMS308NA-008,RGS80TS65D,QSBM51,BM63573S-VC,R6012JNX,BD62221MUV,BD6425EFV,RGT8TM65D,HP8MA2,BD62105AFVM,QS8M31,BD6212HFP,LTR50,RGSXXTSX2D,BD6971FV,BM64350MUV,BM64374S-VA,BU24036MWV,SH8M31,RMS318ND-002,BM63573S-VA,RGT8BM65D,BD6226FP,BD63920MUV,RD3G03BBG,BD60223FP,RMS332SD-012,BD63241FV,RMS332SD-011,RGT8NL65D,SH8KC6,RS1G300GN,RS1G120MN,GMR50,R6050JNZ4,LTR,BM63377S-VC,RSJXXXN10,BM64375S-VA,BM63377S-VA,GMR100,RGT60TS65D,BD6735FV,QH8K51,SH8KC7,RGT16NS65D,RGT20NS65D,BD63006MUV,BD6236FP,BM6246FS,R6012JNJ,BD6236FM,RJ1L12BGN,BM62300MUV,AG086DGD3,BD2320EFJ-LA,RJ1XXXXGN,SH8K26,RD3L03BBG,BH6766FVM,BD6383EFV,QSBM31,BM62350MUV,R6006JNJ,R60XXJNＸ,RGT50NL65D,BM63373S-VA,BD6967FVM,BM63373S-VC,BD64220EFV,SH8KB7,SH8KB6,BD63740FM,BD6326ANUX,R60XXJNZ4,SH8M51,BD69740FV,BD6753KV,BD6225FP,SH8K12,BD63860EFV,SH8K11,RX3XXXXBG,BD61250MUV
航顺芯片凭借集成FOC硬件加速算法的电机驱动专用芯片，荣获“2021年度BLDC电机控制器十大主控芯片”奖
航顺芯片出席“2021年BLDC电机技术市场表现奖”年度颁奖盛典，并推出多款通用、专用BLDC主控芯片。其中HK32ASPIN010系列电机驱动专用芯片凭借集成FOC硬件加速算法的优异性能，荣获“2021年度BLDC电机控制器十大主控芯片”奖。
原厂动态 发布时间 : 2022-03-26
电子商城
品牌：MELEXIS
品类：smart LIN Motor Driver
价格：￥28.7710
现货： 91,000
现货市场
品牌：PI
品类：Energy Efficient, High-Power Off-Line Switcher with Accurate Primary-Side Regulation (PSR)
价格：￥6.6060
现货：3,840
品牌：PI
品类：Energy Efficient, High-Power Off-Line Switcher with Accurate Primary-Side Regulation (PSR)
价格：￥3.2612
现货：3,840
服务
提供电机的输出反电势波形测试、驱动芯片输入/输出波形测试服务，帮助您根据具体应用场景来选择适合的电机驱动芯片型号，确保电机驱动芯片能够与其他系统组件协同工作达到最佳效果。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址： 成都 提交需求>
可定制变压器电压最高4.5KV，高频30MHz；支持平面变压器、平板变压器、OBC变压器、DCDC变压器、PLC信号变压器、3D电源、电流变压器、反激变压器、直流直流变压器、车载充电器变压器、门极驱动变压器等产品定制。
最小起订量： 100000 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
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