前言

目前已经踏入工作3个月，现在的工作内容大致上为电机驱动的硬件设计，虽然还没有正式的进行设计，但也已经有了许多收获。这篇文章主要总结一下我在工作学习中对三相电桥电路的理解。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、三相电桥是什么

三相电桥电路是由6个nmos管组成的开关电路，通过pwm调制生成相位互相相差120°频率相同幅度相同的正弦波，以下为三相电桥的大致电路图

二、涉及理论

1.pwm调制

在三相电桥电路中一般的输入为pwm波，而输出一般需要为正弦波，因此需要涉及到pwm调制的过程。pwm调制是根据面积等效法则，通过调整方波占空比来实现合成所需幅度与频率波形的调制方法。一般的实现方法为将所需波形（即调制波）与固定频率的三角波/锯齿波（即载波）进行比较，比较结果即为pwm，将pwm信号输入给开关器件（一般为mos管或三极管）就可以生成对应所需的特定波形。

2.三相信号

三相信号的主要特征为三个信号的幅值，频率均相同，唯一差别为不同信号之间的相位相差120°。除此之外任意时刻的三相电压之和为零。

3.信号完整性

通常而言，三相电桥属于功率电路频率往往不会太高，对于信号完整性的需求不会太高。但在我短暂的工作学习过程中依然遇见了这个问题。在以前的大学的学习中，我主要的输入信号为单一频率的正弦信号，因此导致我对信号完整性的认识有很大的漏洞，没有考虑低频信号的高频分量。在如今的工作过程中我就遇见了这个问题。问题的根源在于低上升沿，在三相电路中我们必须要尽量保证上升沿（或者下降沿）的时间尽量短。但是这同时也带来了信号完整性的问题。由于输入信号为方波的变形因此在频谱上可以通过方波进行考虑。方波的上升沿由方波的高频谐波主要决定。在理想方波的频谱中，他的高次谐波无穷无尽，随着谐波频率的上升，幅值不断下降，但仍然存在。在实际的电路中，我们无法实现理想方波，只能不断逼近。在实际方波中，当他的高频分量显著的低于理想方波的对应频率分量时，方波就会出现上升沿，此时频率即为方波带宽。上升沿与方波带宽的关系式为以下
B W = 0.35 / R T \ BW = 0.35/RT BW=0.35/RT
BW为带宽（GHz），RT为上升沿（10%~90% ns）

二、注意事项

由于还未正式开始设计三相电路，因此在此为以后的设计做一下提前准备避免出现错漏。

1.同相上下管不可同时导通

在电路工作中，同相的上下管不可以同时导通，假如同时导通可能导致电流过大烧坏管子。而通常的解决方法为在信号输入时使上下管pwm输入信号反相来避免管子同时导通。

2.输入pwm波上升/下降沿尽量短

三相电桥电路为开关电路，在工作过程中往往不能做到瞬间跳变因此，在开关过程中往往需要注意上升/下降沿的问题。以上升沿为例，在上升沿过程中上下管可能出现微导通的现象，在这过程中会产生开关损耗。因此在电路的设计和调试过程中需要注意上升沿是否足够短，可以尽量减少开关损耗。在设计过程中最主要的解决办法是选用好的开关管，从最基本的方面解决开关损耗问题。例如在管子的选择过程中可以选择SiCmos管，或者选择IGBT管。除此之外在PCB设计中，还可以通过减少pwm信号输入过程中的寄生电容来减少上升沿（可能的方法在输入信号的通路中并上一个足够小的电容，以及避免在输入引脚下铺地。由于还未正式上手设计与测试，以上方法均为脑测，并没有实验数据支持）。

3.输入信号振铃

当上升沿越低时，pwm波的带宽越大。虽然pwm波的频率可能只有10KHz，但他的11次谐波仍然达到了110KHz。仍然可能导致信号完整性问题。例如在信号输入时，在pwm波的特定高频分量的频率点，通路可能出现阻抗不匹配产生反射，导致振铃现象。主要的解决办法为进行阻抗匹配，例如在通路上串联小电阻进行阻抗匹配。在信号通路中尽量避免过孔。

4.散热问题

三相电路为功率电路，散热问题为重中之重。如果无法做到合格的散热，极易出现烧毁。主要的解决办法为良好的PCB布局，大面积铺铜，外加散热片或散热风扇。

三、疑问

1.匹配电阻取值

在实际的调试过程中如果遇见振铃现象，那么可以采用调节信号线上串联的匹配小电阻的阻值来避免信号振铃的发生。但是在我查询的资料中显示，多数的调节方式采用的是经验法或多次调值来避免振铃现象。那有没有一个公式来快速确定串联匹配电阻的阻值？

2.开关管选择

在我看到的大多数电路图中，6个开关管通常使用的都是Nmos管，因此在上管的信号输入端，往往需要使用专门的驱动芯片来进行驱动。那么为什么在上管的选择中不像CMOS管一样选择Pmos管了？如果不追求开关速度最快，那么在电路设计中可否使用Pmos来作为上管。

3.散热问题

在散热的解决方式中，除了使用大面积铺铜，和外置散热片还有什么比较好的解决方式吗？

总结

通过学习三相电桥电路，我学到了许多新的知识，也纠正了我许多的误区。在学习过程中，我更加深入的了解到了信号完整性的重要。在我初学信号完整性时，我对于书中的一句话一直抱有疑问，那就是
所有的电子工程师都会遇到信号完整性问题。
在如今工作中我深刻的理解到了这句话的含义。即使在通常意义下的功率电子中，信号完整性也有着重要的影响。尤其是随着上升沿的不断减少，即使在低频应用中，信号完整性也有着越来越大的重要性。
除了对信号完整性有了全新的理解，我仍然还有巨大的欠缺，我对电路散热的问题仍然一头雾水。
由于经验有限，以及能力的不足，本篇文章有着许多的不足，还请各位大佬提出指正。同时希望各路大佬能够帮助解答我的疑问。

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对三相电桥电路的理解

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