如何讓外設(shè)驅(qū)動器標(biāo)準(zhǔn)變得更好？

世界日趨自動化。我們的日常生活，從更智能家庭（AC、照明和大型家用電器）到更輕松、愜意的汽車旅行，都體現(xiàn)出了不斷提高自動化程度的強(qiáng)大主動力。這需要大量的處理器和邏輯器件！但邏輯器件是如何控制所有這些電機(jī)、LED 和繼電器的呢？外設(shè)、電機(jī)和低側(cè)驅(qū)動器是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)不可或缺的組成部分。您可能已經(jīng)知道大部分應(yīng)用中所使用的極其標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動器 — 達(dá)林頓晶體管。但隨著我們努力構(gòu)建更優(yōu)異的創(chuàng)新解決方案，我覺得有必要問一個(gè)問題：我們應(yīng)如何讓這一標(biāo)準(zhǔn)變得更好？

標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動器是什么樣的？

如今，最簡單也是最常見的外設(shè)驅(qū)動器是達(dá)林頓晶體管陣列。這種低側(cè)驅(qū)動器有助于邏輯器件驅(qū)動或控制具有更高電源要求的器件（如圖 1 所示）：

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圖 1：達(dá)林頓低側(cè)驅(qū)動器

在當(dāng)前系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員使用包含多個(gè)達(dá)林頓對的陣列控制完整的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)通?？梢杂弥С?TTL 或 5V CMOS 的邏輯器件驅(qū)動每通道高達(dá) 50V 及 500mA 的器件。當(dāng)電流要求過高、使用單通道無法驅(qū)動時(shí)，可將通道并聯(lián)，幫助平均分配電流負(fù)載（如圖 2 所示）。

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圖 2：達(dá)林頓陣列驅(qū)動器

但是，采用這種架構(gòu)也有其自身的折中權(quán)衡和限制。最大問題之一是，當(dāng)外設(shè)驅(qū)動器的大部分（甚至全部）通道都過載時(shí)，需要增大電路板尺寸。這隨后需要使用一個(gè)附加驅(qū)動器來劃分其中的電流需求。另一個(gè)缺點(diǎn)是該器件會增加系統(tǒng)功耗。由于堆棧 NPN 晶體管的原因，該器件輸出低側(cè)的電壓會增加約 0.7V。現(xiàn)在，該系統(tǒng)的功耗將為：

PD = VOL*IO

PD = (~0.7V + 2?*IO) * Io

如何讓標(biāo)準(zhǔn)更好？

這些折中權(quán)衡的一個(gè)解決方案是使用 NMOS 晶體管，而非達(dá)林頓對。該低側(cè)驅(qū)動器架構(gòu)具有更低的功耗，支持從 1.8V 到 5V 的所有 GPIO 電平輸入。

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圖 3：NMOS 低側(cè)驅(qū)動器

該配置允許我們采用一種（和使用達(dá)林頓對相同）的方法驅(qū)動外設(shè)，可顯著降低功耗：

PD = VOL*IO

PD = (2?*IO) * Io

德州儀器 (TI) 最新外設(shè)驅(qū)動器 TPL7407L 是一款復(fù)制這種架構(gòu)的 7 通道 NMOS 低側(cè)驅(qū)動器陣列。該器件不僅可幫助我們替代任何標(biāo)準(zhǔn) 7 通道達(dá)林頓驅(qū)動器，同時(shí)還可將功耗保持在標(biāo)準(zhǔn)解決方案以下。此外，該器件還具有更大的電流支持，可實(shí)現(xiàn)將更大的電流分配給單通道或比標(biāo)準(zhǔn)器件更少的通道。

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圖 4：7 通道 NMOS 低側(cè)驅(qū)動器

外設(shè)驅(qū)動技術(shù)廣泛用于大型家用電器、HVAC、汽車以及樓宇自動化等高電壓應(yīng)用。如果您已經(jīng)擁有或者正在設(shè)計(jì)將達(dá)林頓晶體管陣列用作外設(shè)驅(qū)動器的系統(tǒng)，那么使用該器件，無需進(jìn)行大量重復(fù)設(shè)計(jì)便可改進(jìn)系統(tǒng)。這個(gè)簡單的改變能將您的設(shè)計(jì)帶到全新的高度，使系統(tǒng)性能更加優(yōu)異！