德州儀器DRV103：PWM低側驅動器的卓越之選

在電子工程師的日常設計工作中，選擇合適的驅動器至關重要。今天要給大家介紹的是德州儀器（Texas Instruments）的DRV103，一款專為驅動機電和熱設備而設計的PWM低側DMOS功率開關。

文件下載：drv103.pdf

產品概述

DRV103輸出采用脈沖寬度調制（PWM）技術，堅固耐用的設計使其非常適合驅動閥門、螺線管、繼電器、執行器、電機和定位器等機電設備，同時也能出色驅動加熱器、冷卻器和燈具等熱設備。PWM操作不僅能節省電力，減少熱量上升，還能提高可靠性。此外，可調節的PWM功能允許對負載的功率進行精細控制，并且直流到PWM輸出的延遲時間和振蕩器頻率也可通過外部進行調節。

產品特性

高輸出驅動能力

有1.5A和3A兩種版本可供選擇，能滿足不同的負載需求。

寬電源范圍

工作電源范圍為+8V至+32V，適應多種電源環境。

完整功能

• 數字控制輸入：輸入與標準TTL電平兼容，電平觸發，輸入電壓在+2.2V至+5.5V之間時，設備輸出開啟；電壓在0V至+1.2V時，輸出關閉，輸入偏置電流通常為1pA。
• PWM輸出：可通過延遲調節（Delay Adjust）和占空比調節（Duty Cycle Adjust）引腳對PWM輸出信號進行外部調節。延遲調節引腳可懸空以實現最小延遲到PWM模式（通常為18μs），也可使用電容設置更長的延遲時間；占空比可通過電阻、模擬電壓或D/A轉換器輸出的電壓進行控制。
• 可調節內部振蕩器：頻率范圍為500Hz至100kHz，通過在振蕩頻率調節引腳（Osc Freq Adj）和地之間連接一個電阻（(R_{FREQ})）即可輕松編程。
• 可調節延遲和占空比：為不同應用場景提供靈活的控制方式。

全面保護

具備熱關斷和電流限制功能，并帶有狀態OK指示標志。當發生過熱或過流故障時，狀態標志引腳輸出低電平，提示故障發生。

多種封裝形式

提供SO - 8和PowerPAD? SO - 8兩種封裝，其中PowerPAD? SO - 8封裝帶有外露金屬散熱片，可提供更高的輸出電流（3A）。

應用領域

DRV103的應用范圍非常廣泛，涵蓋了多個領域：

• 機電驅動：如螺線管、閥門、定位器、執行器、繼電器、功率接觸器線圈、加熱器和燈具等。
• 液壓和氣動系統：為系統中的執行部件提供可靠的驅動。
• 零件處理和分揀設備：確保設備的高效運行。
• 化學加工：在化工生產中保障設備的穩定工作。
• 環境監測和暖通空調（HVAC）：實現精確的溫度和流量控制。
• 熱電冷卻器：有效控制冷卻器的工作狀態。
• 直流電機速度控制：為電機提供穩定的驅動和精確的速度調節。
• 醫療和科學分析儀：滿足高精度設備的驅動需求。
• 燃油噴射器驅動器：在汽車和航空等領域發揮重要作用。

基本操作

電路連接

在使用DRV103時，建議在電源引腳使用1μF（驅動大電流負載時使用22μF）或更大的鉭旁路電容。輸入引腳（pin 8）與標準TTL電平兼容，通過輸入電壓的高低來控制設備輸出的開關。負載應連接在電源引腳（pin 5）和輸出引腳（pin 6）之間，對于感性負載，需要外接一個“續流”二極管，以保證在PWM操作的關斷期間感性負載中的電流能夠持續流動。

延遲和占空比調節

延遲調節引腳（pin 2）和占空比調節引腳（pin 1）允許對PWM輸出信號進行外部調節。延遲調節引腳可懸空以實現最小延遲到PWM模式，也可使用電容設置更長的延遲時間；占空比可通過電阻、模擬電壓或D/A轉換器輸出的電壓進行控制。

狀態標志

狀態OK標志引腳（pin 7）用于指示過流和熱關斷故障。在故障發生時，該引腳輸出低電平（引腳電壓通常降至0.3V），需要一個上拉電阻來與標準邏輯接口。該引腳可吸收高達10mA的電流，足以驅動外部邏輯電路、舌簧繼電器或LED，以指示故障的發生。

關鍵參數調節

可調延遲時間

DRV103的一個獨特功能是能夠提供初始恒定直流輸出（100%占空比），然后切換到PWM模式輸出以節省功率。這個恒定直流輸出的持續時間（在PWM輸出開始之前）可以通過在延遲調節引腳（pin 2）和地之間連接一個電容來外部控制，計算公式為： [Delay Time approx C{D} cdot 10^{6}] （時間單位為秒，(C{D})單位為法拉 ? 1.1） 將延遲調節引腳懸空可得到約18μs的恒定輸出時間，將該引腳連接到5V可將初始輸出持續時間縮短至小于1μs。

振蕩器頻率調節

DRV103的PWM輸出頻率可通過在振蕩頻率調節引腳（pin 3）和地之間連接一個電阻（(R_{FREQ})）進行編程，頻率范圍為500Hz至100kHz。不同的頻率對應不同的電阻值，具體可參考相關表格。雖然可以實現低于500Hz的振蕩器頻率，但需要使用高于10M的電阻，此時引腳的阻抗會變得非常高，容易受到噪聲拾取和PCB泄漏電流的影響。

占空比調節

占空比調節引腳內部由一個與振蕩器頻率相關的電流源驅動，并連接到一個比較器的輸入。DRV103的PWM調節具有單調性，即降低電壓（或電阻值）總是會產生增加的占空比。

熱保護和功率耗散

功率耗散

DRV103的功率耗散取決于電源、信號和負載條件。功率耗散（(P_{D})）等于輸出電流、導通的DMOS晶體管兩端的電壓和占空比的乘積。使用盡可能低的占空比來確保所需的保持力可以最小化負載和DRV103的功率耗散。在低電流時，輸出DMOS晶體管的導通電阻為0.5Ω，在高輸出電流時增加到0.6Ω。

熱保護

DRV103內置了片上熱關斷電路，當結溫達到約+160°C時，熱保護電路會禁用輸出，使設備冷卻。當結溫冷卻到約+140°C時，輸出電路再次啟用。為了確保可靠運行，結溫應限制在最高+125°C。

封裝和布局

DRV103提供SO - 8和PowerPAD? SO - 8兩種封裝。在PCB布局方面，對于PowerPAD? SO - 8封裝，雖然其金屬焊盤與地（pin 4）電氣連接，但不應將其用作電源接地連接，否則會導致設備工作不穩定。為了獲得最低的整體熱阻，最好將PowerPAD?直接焊接到電路板上，并增加“散熱片”銅面積以改善散熱效果。

總結

DRV103憑借其高輸出驅動能力、寬電源范圍、完整功能、全面保護和靈活的調節特性，成為驅動機電和熱設備的理想選擇。在實際應用中，電子工程師可以根據具體的需求選擇合適的封裝和參數設置，以實現最佳的性能和可靠性。你在使用類似驅動器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。