【導(dǎo)讀】隨著業(yè)界在大電流電機控制應(yīng)用中用固態(tài)開關(guān)取代機械繼電器，F(xiàn)LEXMOS?產(chǎn)品組合中的智能門極驅(qū)動器可與外部MOSFET配對使用。安森美(onsemi)的預(yù)驅(qū)動器方案賦能可擴展的設(shè)計靈活性，以滿足不同的負載要求，可將電機驅(qū)動應(yīng)用從一個電機擴展到多達七個，使這些產(chǎn)品成為廣泛的汽車車身電子應(yīng)用的理想選擇。
預(yù)驅(qū)動IC的主要功能如下：
1.微控制器(uC)和外部功率MOSFET輸出級之間的接口。預(yù)驅(qū)動器IC在微控制器低壓域(通常小于5.5伏)和汽車電池連接系統(tǒng)上的最大40伏之間提供隔離。
2.為高邊級提供門極過驅(qū)動，以能使用N溝道 MOSFET。
3.監(jiān)控和保護外部MOSFET和連接的負載，提高系統(tǒng)的魯棒性和診斷能力。
4.為導(dǎo)通和關(guān)斷曲線提供特定的交流特性，以最小化開關(guān)應(yīng)用的電磁輻射和損失能效。
需要雙向電機旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用使用外部MOSFET H橋配置——集成H橋以簡化操作。相比之下，對熱管理和負載電流要求更高的應(yīng)用使用預(yù)驅(qū)動器和外部MOSFET方案。由于通道數(shù)越多，預(yù)驅(qū)動器的功耗就越容易管理，因此隨著系統(tǒng)中大電流電機數(shù)量的增加，全局系統(tǒng)響應(yīng)會顯著提高。單個門極驅(qū)動器IC如NCV754x可監(jiān)控所有半橋節(jié)點和連接的負載，并防止由于故障情況導(dǎo)致的電機意外運動。
H橋架構(gòu)讓工程師能引導(dǎo)電機中的電流流動，如圖1所示。電流的方向決定了電機的旋轉(zhuǎn)方向。
圖 1：H 橋電機控制
流經(jīng)電機的電流量與電機速度和可用扭矩直接相關(guān)。如果電機中的電流增加，那么如果外部負載的扭矩要求保持不變，電機的速度就會增加。或者，增加的電流可為重載轉(zhuǎn)化為更高的扭矩，同時保持恒定的速度。
安森美的FLEXMOS預(yù)驅(qū)動器含可編程電流源和校準(zhǔn)技術(shù)，讓系統(tǒng)設(shè)計人員從我們在專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)市場提供的廣泛的N溝道MOSFET產(chǎn)品組合中進行選擇。MOSFET產(chǎn)品推薦工具可用于為合適的應(yīng)用選擇合適的MOSFET。
預(yù)驅(qū)動器拓撲提供更快的設(shè)計周期，以滿足基于不同汽車OEM規(guī)格、調(diào)節(jié)水平和模型類型而不斷變化的系統(tǒng)要求。
圖2：NCV754x應(yīng)用圖
較短的設(shè)計周期是可實現(xiàn)的，因為系統(tǒng)設(shè)計人員能針對不同負載調(diào)整MOS功率級，同時保持其余硬件組件不變。在保持整體軟件流程的情況下，需要對軟件進行少量的修改，以微調(diào)對新MOSFET的控制。從圖3 中可看出，在從同一產(chǎn)品系列中選擇預(yù)驅(qū)動器方案時，軟件開發(fā)的IP重用更為明顯。
圖3：NCV754x寄存器匯總
系統(tǒng)設(shè)計人員采用多種預(yù)驅(qū)動器選項可優(yōu)化成本，通過不同的通道組合實現(xiàn)OEM規(guī)范中要求的電機執(zhí)行器數(shù)量。由于預(yù)驅(qū)動器的靈活性，各種終端應(yīng)用都可使用這些器件，包括：
● 座椅控制模塊
● 門鎖和門閂
● 升降門執(zhí)行器
● 天窗或天窗執(zhí)行器
● 車窗升降器
半橋驅(qū)動器塊具有多個可編程的上拉和下拉電流源，用于為外部MOSFET的門極充電。圖4顯示了配置有外部MOSFET和電機負載的半橋預(yù)驅(qū)動器的簡化視圖。
圖4：簡化的半橋預(yù)驅(qū)動器，控制外部MOSFET和電機負載
上圖中橙色突出顯示的可編程電流源實現(xiàn)了先進的壓擺率控制。為了更快的導(dǎo)通，可分階段增加HS1的上拉電流源，以更快地給門極充電，從而為電機負載提供可預(yù)測的開關(guān)行為。精確的壓擺率控制的顯著好處是賦能更高的脈寬調(diào)制(PWM)頻率，具有更嚴格的最小和最大占空比，并管理功率損耗和減少電磁輻射。
對于電機控制應(yīng)用，非常希望PWM高于20 kHz，以高于可聽頻率范圍。占空比最小值和最大值的更好性能為具有不同扭矩要求的電機負載提供了先進的速度控制。例如，對于重載或電機啟動條件，需要更高的扭矩來保持速度恒定。系統(tǒng)設(shè)計人員必須增加占空比來增加電機的電流，以達到更高的扭矩。因此，希望以接近100%值的占空比工作。
由于高電流和高漏源電壓(VDS)工作點，當(dāng)通道開始導(dǎo)通時，MOSFET的功率損耗最大。通常情況下，最好能從MOSFET的高VDS狀態(tài)快速過渡到全增強VDS階段。因此，在要求高的負載的PWM周期中，最小化開關(guān)損耗。開關(guān)過快會導(dǎo)致?lián)舸┦录瑥亩鴮?dǎo)致模塊退化或系統(tǒng)產(chǎn)生不良電磁輻射。
門極驅(qū)動級的可選電流源讓系統(tǒng)設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計驗證期間的熱或排放需求、生產(chǎn)階段的生產(chǎn)線末端校準(zhǔn)，甚至在終端產(chǎn)品的生命周期內(nèi)進行軟件更新時，修改開關(guān)配置文件。
除了MOSFET控制外，F(xiàn)LEXMOS半橋預(yù)驅(qū)動器通過監(jiān)測有源MOSFET的VDS，監(jiān)測并保護外部MOSFET和連接的負載，以防發(fā)生短路。圖5顯示了一個輸出波形和各種故障條件的例子。
選定的FLEXMOS預(yù)驅(qū)動器在兩個獨立的部分提供VDS監(jiān)測方案：動態(tài)VDS保護和靜態(tài)VDS保護。動態(tài)VDS保護對開關(guān)階段進行監(jiān)控，而靜態(tài)VDS保護則在MOSFET完全導(dǎo)通時工作。對于在工廠生產(chǎn)線上編程的已知電壓與時間的開關(guān)曲線，所選的FLEXMOS半橋器件可監(jiān)測輸出電壓(VHB)的進展，并確定是否存在故障情況。
圖5：半橋輸出開關(guān)曲線和VDS保護
有關(guān)可編程電流設(shè)置、PWM工作和器件保護功能的深入信息，參考我們的應(yīng)用注釋——使用NCV7544、NCV7546和NCV7547半橋預(yù)驅(qū)動器(AND90124/D)的MOSFET門極驅(qū)動要求和初始參數(shù)設(shè)置方案以及參考工具。請通過安森美銷售團隊申請評估工具，以便進行快速的工作臺評估。
來源：安森美，原創(chuàng) Nixon Mathew
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