汽車級(jí)H橋柵極驅(qū)動(dòng)器DRV870x - Q1：設(shè)計(jì)與應(yīng)用指南

在汽車電子系統(tǒng)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。德州儀器（TI）的DRV870x - Q1系列單H橋柵極驅(qū)動(dòng)器，專為驅(qū)動(dòng)雙向有刷直流電機(jī)而設(shè)計(jì)，憑借其豐富的特性和強(qiáng)大的功能，在汽車領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。今天，我們就來(lái)深入探討一下DRV870x - Q1的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：drv8703-q1.pdf

特性亮點(diǎn)

汽車級(jí)認(rèn)證與功能安全

DRV870x - Q1通過(guò)了AEC - Q100認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C。同時(shí)，它具備功能安全能力，還提供相關(guān)文檔，助力功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

靈活的控制接口

該驅(qū)動(dòng)器提供三種控制接口選項(xiàng)：PH/EN、獨(dú)立H橋和PWM，能輕松與控制器電路實(shí)現(xiàn)接口連接。此外，DRV8703 - Q1還具備用于配置的串行接口，進(jìn)一步增強(qiáng)了其靈活性。

智能柵極驅(qū)動(dòng)技術(shù)

采用智能柵極驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)可調(diào)的壓擺率控制，獨(dú)立控制每個(gè)H橋。無(wú)需外部柵極組件（電阻和齊納二極管），就能保護(hù)外部FET，優(yōu)化死區(qū)時(shí)間，避免直通情況，同時(shí)減少電磁干擾（EMI）。

電流控制與保護(hù)功能

內(nèi)置電流分流放大器和集成PWM電流調(diào)節(jié)功能，可精確控制電機(jī)電流。還具備多種保護(hù)特性，如電源欠壓鎖定（UVLO）、電荷泵欠壓（CPUV）鎖定、過(guò)流保護(hù)（OCP）、柵極驅(qū)動(dòng)器故障（GDF）、熱關(guān)斷（TSD）和看門狗定時(shí)器（DRV8703 - Q1）等，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

應(yīng)用場(chǎng)景

DRV870x - Q1的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，涵蓋了汽車的多個(gè)方面，如電動(dòng)窗升降、天窗、座椅、滑動(dòng)門、后備箱和尾門等。此外，還可用于繼電器替換、有刷直流泵等應(yīng)用。

技術(shù)參數(shù)詳解

電氣特性

• 電源電壓范圍：VM工作電壓范圍為5.5V至45V，邏輯功能在4.5V至45V范圍內(nèi)均可正常工作。
• 控制輸入電壓：控制引腳電壓范圍為 - 0.3V至5.75V，可支持1.8V、3.3V和5V的邏輯輸入。
• 柵極驅(qū)動(dòng)電壓：高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)電壓（VGS）在VM > 13.5V時(shí)，相對(duì)于SHx為10.5V至11.5V；低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)電壓在VM > 10.5V時(shí)為10.5V。

開(kāi)關(guān)特性

• 睡眠和喚醒時(shí)間：睡眠時(shí)間（t(SLEEP)）為100μs，喚醒時(shí)間（t(wu)）為nSLEEP = high到輸出變化的時(shí)間，單位為ms。
• 導(dǎo)通時(shí)間：導(dǎo)通時(shí)間（ton）為VM > UVLO2到輸出轉(zhuǎn)換的時(shí)間，單位為ms。
• 傳播延遲：輸入（IN1、IN2）到GHx或GLx的傳播延遲（tpd）為500ns。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

外部組件選擇

合理選擇外部組件對(duì)于DRV870x - Q1的性能至關(guān)重要。例如，在IDRIVE和VDS引腳連接電阻時(shí)，需根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行阻值選擇；在VCP和VM引腳之間需連接16V、1 - μF的陶瓷電容器；在nFAULT和nWDFLT引腳需連接 ≥ 10kΩ的上拉電阻。

電流調(diào)節(jié)

通過(guò)固定關(guān)斷時(shí)間的PWM電流調(diào)節(jié)或電流斬波來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)繞組的最大電流。當(dāng)電流達(dá)到斬波閾值時(shí)，橋進(jìn)入制動(dòng)（低側(cè)慢衰減）模式，直到t(off)時(shí)間結(jié)束。計(jì)算公式為： [I{(CHOP) }=frac{V{VREF }-V{IO } × A{V}}{A{V} × R{(SENSE) }}]

布局注意事項(xiàng)

• 電源引腳：VM引腳需使用0.1 - μF的陶瓷電容和至少10 - μF的大容量電容進(jìn)行旁路，且電容應(yīng)盡量靠近芯片。
• 電荷泵引腳：在CPH和CPL引腳之間需使用低ESR陶瓷電容。
• 電流檢測(cè)電阻：SP和SN引腳應(yīng)使用單獨(dú)的走線連接到電流檢測(cè)電阻。

編程與配置

DRV8703 - Q1支持SPI通信，可用于設(shè)置設(shè)備配置、操作參數(shù)和讀取診斷信息。SPI輸入數(shù)據(jù)字由16位組成，包括5位命令、3位無(wú)關(guān)位和8位數(shù)據(jù)；輸出數(shù)據(jù)字由8位寄存器數(shù)據(jù)組成。在進(jìn)行SPI通信時(shí)，需滿足一定的條件，如時(shí)鐘極性（CPOL）為0，時(shí)鐘相位（CPHA）為0等。

故障處理

DRV870x - Q1具備完善的故障保護(hù)機(jī)制，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，nFAULT引腳會(huì)拉低。不同的故障條件對(duì)應(yīng)不同的處理方式，如VM欠壓時(shí)，所有FET將被禁用，電荷泵停止工作；過(guò)流保護(hù)觸發(fā)時(shí)，H橋?qū)⒈唤茫?jīng)過(guò)重試時(shí)間后重新啟用。

總結(jié)

DRV870x - Q1以其豐富的特性、靈活的控制接口和強(qiáng)大的保護(hù)功能，為汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇外部組件，優(yōu)化布局設(shè)計(jì)，正確配置編程參數(shù)，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助各位工程師更好地理解和應(yīng)用DRV870x - Q1。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。