【導讀】隨著(zhù)業(yè)界在大電流電機控制應用中用固態(tài)開(kāi)關(guān)取代機械繼電器，FLEXMOS?產(chǎn)品組合中的智能門(mén)極驅動(dòng)器可與外部MOSFET配對使用。安森美(onsemi)的預驅動(dòng)器方案賦能可擴展的設計靈活性，以滿(mǎn)足不同的負載要求，可將電機驅動(dòng)應用從一個(gè)電機擴展到多達七個(gè)，使這些產(chǎn)品成為廣泛的汽車(chē)車(chē)身電子應用的理想選擇。
預驅動(dòng)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。預驅動(dòng)器IC在微控制器低壓域(通常小于5.5伏)和汽車(chē)電池連接系統上的最大40伏之間提供隔離。
2.為高邊級提供門(mén)極過(guò)驅動(dòng)，以能使用N溝道 MOSFET。
3.監控和保護外部MOSFET和連接的負載，提高系統的魯棒性和診斷能力。
4.為導通和關(guān)斷曲線(xiàn)提供特定的交流特性，以最小化開(kāi)關(guān)應用的電磁輻射和損失能效。
需要雙向電機旋轉的應用使用外部MOSFET H橋配置——集成H橋以簡(jiǎn)化操作。相比之下，對熱管理和負載電流要求更高的應用使用預驅動(dòng)器和外部MOSFET方案。由于通道數越多，預驅動(dòng)器的功耗就越容易管理，因此隨著(zhù)系統中大電流電機數量的增加，全局系統響應會(huì )顯著(zhù)提高。單個(gè)門(mén)極驅動(dòng)器IC如NCV754x可監控所有半橋節點(diǎn)和連接的負載，并防止由于故障情況導致的電機意外運動(dòng)。
H橋架構讓工程師能引導電機中的電流流動(dòng)，如圖1所示。電流的方向決定了電機的旋轉方向。
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(huì )增加?；蛘?，增加的電流可為重載轉化為更高的扭矩，同時(shí)保持恒定的速度。
安森美的FLEXMOS預驅動(dòng)器含可編程電流源和校準技術(shù)，讓系統設計人員從我們在專(zhuān)用標準產(chǎn)品(ASSP)市場(chǎng)提供的廣泛的N溝道MOSFET產(chǎn)品組合中進(jìn)行選擇。MOSFET產(chǎn)品推薦工具可用于為合適的應用選擇合適的MOSFET。
預驅動(dòng)器拓撲提供更快的設計周期，以滿(mǎn)足基于不同汽車(chē)OEM規格、調節水平和模型類(lèi)型而不斷變化的系統要求。
圖2：NCV754x應用圖
較短的設計周期是可實(shí)現的，因為系統設計人員能針對不同負載調整MOS功率級，同時(shí)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(jìn)行少量的修改，以微調對新MOSFET的控制。從圖3 中可看出，在從同一產(chǎn)品系列中選擇預驅動(dòng)器方案時(shí)，軟件開(kāi)發(fā)的IP重用更為明顯。
圖3：NCV754x寄存器匯總
系統設計人員采用多種預驅動(dòng)器選項可優(yōu)化成本，通過(guò)不同的通道組合實(shí)現OEM規范中要求的電機執行器數量。由于預驅動(dòng)器的靈活性，各種終端應用都可使用這些器件，包括：
● 座椅控制模塊
● 門(mén)鎖和門(mén)閂
● 升降門(mén)執行器
● 天窗或天窗執行器
● 車(chē)窗升降器
半橋驅動(dòng)器塊具有多個(gè)可編程的上拉和下拉電流源，用于為外部MOSFET的門(mén)極充電。圖4顯示了配置有外部MOSFET和電機負載的半橋預驅動(dòng)器的簡(jiǎn)化視圖。
圖4：簡(jiǎn)化的半橋預驅動(dòng)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(shí)現了先進(jìn)的壓擺率控制。為了更快的導通，可分階段增加HS1的上拉電流源，以更快地給門(mén)極充電，從而為電機負載提供可預測的開(kāi)關(guān)行為。精確的壓擺率控制的顯著(zhù)好處是賦能更高的脈寬調制(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。
對于電機控制應用，非常希望PWM高于20 kHz，以高于可聽(tīng)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(jìn)的速度控制。例如，對于重載或電機啟動(dòng)條件，需要更高的扭矩來(lái)保持速度恒定。系統設計人員必須增加占空比來(lái)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(diǎn)，當通道開(kāi)始導通時(shí)，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(guò)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(kāi)關(guān)損耗。開(kāi)關(guān)過(guò)快會(huì )導致?lián)舸┦录?，從而導致模塊退化或系統產(chǎn)生不良電磁輻射。
門(mén)極驅動(dòng)級的可選電流源讓系統設計人員根據設計驗證期間的熱或排放需求、生產(chǎn)階段的生產(chǎn)線(xiàn)末端校準，甚至在終端產(chǎn)品的生命周期內進(jìn)行軟件更新時(shí)，修改開(kāi)關(guān)配置文件。
除了MOSFET控制外，FLEXMOS半橋預驅動(dòng)器通過(guò)監測有源MOSFET的VDS，監測并保護外部MOSFET和連接的負載，以防發(fā)生短路。圖5顯示了一個(gè)輸出波形和各種故障條件的例子。
選定的FLEXMOS預驅動(dòng)器在兩個(gè)獨立的部分提供VDS監測方案：動(dòng)態(tài)VDS保護和靜態(tài)VDS保護。動(dòng)態(tài)VDS保護對開(kāi)關(guān)階段進(jìn)行監控，而靜態(tài)VDS保護則在MOSFET完全導通時(shí)工作。對于在工廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)上編程的已知電壓與時(shí)間的開(kāi)關(guān)曲線(xiàn)，所選的FLEXMOS半橋器件可監測輸出電壓(VHB)的進(jìn)展，并確定是否存在故障情況。
圖5：半橋輸出開(kāi)關(guān)曲線(xiàn)和VDS保護
有關(guān)可編程電流設置、PWM工作和器件保護功能的深入信息，參考我們的應用注釋——使用NCV7544、NCV7546和NCV7547半橋預驅動(dòng)器(AND90124/D)的MOSFET門(mén)極驅動(dòng)要求和初始參數設置方案以及參考工具。請通過(guò)安森美銷(xiāo)售團隊申請評估工具，以便進(jìn)行快速的工作臺評估。
來(lái)源：安森美，原創(chuàng ) Nixon Mathew
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