從車規(guī)級驅(qū)動芯片廠商技術(shù)路線看三相柵極驅(qū)動動向

現(xiàn)階段，大部分和汽車相關(guān)的芯片價格都在上漲，缺貨必然伴隨著漲價。車規(guī)級主控MCU、車規(guī)級電源芯片以及車規(guī)級驅(qū)動芯片，占了汽車行業(yè)缺芯的絕大部分，剩下的才是信號鏈通信芯片。

眾所周知，如果能夠讓功率器件保持在最大輸出功率上那當然是最好的，但是往往驅(qū)動是沒法這么穩(wěn)定的。如何在保持功率和關(guān)斷間掌握好火候成了考量驅(qū)動性能的一個重難點。目前車規(guī)級的柵極驅(qū)動一般有符合標準的全橋和三相橋驅(qū)動，在低壓車規(guī)級應用里有很多應用空間。

英飛凌：拔高工藝與性能

車規(guī)芯片一直都是英飛凌拿手的，這些柵極驅(qū)動器IC涵蓋MOSFET、IGBT和SiC技術(shù)，在12 V至1200 V的汽車應用中總少不了這些驅(qū)動的身影。英飛凌的三相柵極驅(qū)動一般應用在低壓域，諸如電動助力轉(zhuǎn)向，制動助力器，MHEV起動發(fā)電機等等。

（圖源：英飛凌）

英飛凌的驅(qū)動IC，采用了MOTIX Driver工藝，專門用于控制6至12個外部MOSFET，可以構(gòu)成汽車行業(yè)高電流三相電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)換器。這類驅(qū)動除了本身工藝參數(shù)需要足夠優(yōu)秀外，更看重集短路檢測、診斷和高輸出結(jié)合。尤其是在汽車應用上，車規(guī)級應用的典型特定要求需要器件即使在低電池電壓下也能實現(xiàn)全部功能。英飛凌的驅(qū)動中3個高端和3個低端輸出級功能強大，足以驅(qū)動柵極電荷為400nC、下降和上升時間約為150ns的MOSFET。

在英飛凌的驅(qū)動IC上，且不看檢測功能集成，其本身在低至5.5V電源柵極電壓下能達到脈寬調(diào)制頻率高達30kHz就已經(jīng)足夠驚人。PWM 0到100%的占空比配置也給予了器件相應的靈活度。較為獨特的是，驅(qū)動IC的各MOSFET有單獨的輸入和源極連接，并通過集成最小死區(qū)時間讓整個器件的效率更近了一步。0.8A和1.5A的拉/灌電流同樣保證了驅(qū)動效率。

從另一方面看，對器件的監(jiān)控也是車規(guī)級應用中越來越重視的功能。英飛凌在驅(qū)動IC上配置了安全相關(guān)應用的外部5V監(jiān)控。在封裝上器件VQFN48的封裝，帶散熱焊盤確保了出色的冷卻效果。作為車規(guī)級芯片大廠，英飛凌在這類驅(qū)動上的設(shè)計有很多值得參考的地方。

TI：車規(guī)級驅(qū)動智能化

TI的Smart gate drive在車規(guī)級驅(qū)動里也是極為出名的系列，主打一個“智能”。系列里的三相柵極驅(qū)動都基于TI的智能柵極驅(qū)動架構(gòu)（SGD），無需任何外部柵極組件（電阻器和齊納二極管），為外部FET提供全面保護。

（圖源：TI）

SGD 架構(gòu)首先通過優(yōu)化死區(qū)時間避免了器件擊穿問題的出現(xiàn)，再通過柵極壓擺率控制技術(shù)降低電磁干擾（EMI）方面大大提高了靈活性。該架構(gòu)還能通過VGS和死區(qū)插入方法防止柵極短路與柵極導通。該架構(gòu)有著15mA至150mA的峰值拉電流和30mA至300mA峰值灌電流。單從架構(gòu)上來說，其提供的保護和可配置性提高了設(shè)計的簡單性，并為系統(tǒng)帶來了新的智能水平。

三相智能柵極驅(qū)動同樣支持0至100%占空比的PWM控制模式。這些模式可根據(jù)具體的控制要求減少控制器的輸出外設(shè)數(shù)量，提供極大的控制靈活性。MOSFET過流保護、擊穿保護、欠壓閉鎖等等保護特性也都一個不少地配置在器件中。Smart gate drive里DRV8XXX系列，符合車規(guī)級應用的驅(qū)動無一例外全部缺貨。

ST：驅(qū)控與保護結(jié)合

ST的STDRIVE系列驅(qū)動運動控制系統(tǒng)上提供了廣泛的電流輸出驅(qū)動能力和配置選擇，不僅有獨立高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動，還配置具有死區(qū)時間，同時STDRIVE高電壓驅(qū)動器含有運算放大器和比較器能幫助設(shè)計轉(zhuǎn)換器保護電路。作為運控領(lǐng)域的大廠，ST將控制與保護結(jié)合得很流暢。

（圖源：ST）

STDRIVE系列的車規(guī)三相柵極驅(qū)動能提供350 mA的灌電流和200 mA的拉電流，電流驅(qū)動能力絕對的行業(yè)一流水平，總延遲極低，僅為85n，在中高功率應用中都有不少應用。STDRIVE系列的車規(guī)三相柵極驅(qū)動采用了“BCD”離線技術(shù)，該技術(shù)在大幅增強驅(qū)動能力的同時，增強了互鎖和死區(qū)功能，可防止交叉?zhèn)鲗Т蟠筇嵘诵酒陌踩浴?br />
在驅(qū)控能力已經(jīng)達標的情況下，ST的三相柵極驅(qū)動系列內(nèi)嵌的比較器還集成了先進的SmartSD功能，確?？焖儆行У胤乐惯^流、超溫等故障發(fā)生，進一步增強了對器件的保護。在低側(cè)和每個高側(cè)驅(qū)動部分有專門的UVLO保護，可防止電源開關(guān)在低效率或危險條件下工作。在驅(qū)控和器件保護的結(jié)合上，ST的策略極為穩(wěn)妥。

小結(jié)

隨著汽車電子化程度和集成度越來越高，汽車中負載的種類和路數(shù)也不斷增加，對各種驅(qū)動的需求也在相應增加。車規(guī)級驅(qū)動芯片可以說直接決定了元件的性能能否充分發(fā)揮。總的來說，驅(qū)動作為場控核心，這幾家車規(guī)大廠都有自己的獨有技術(shù)來提高驅(qū)動效率并給予器件充分的保護，在智能化上也做了很多功能的補充，給車規(guī)級驅(qū)動芯片做了相當大的性能拔高。