集成電源管理的160V三相MOTIX?門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)器

我們身邊有很多電池供電的應(yīng)用比如打掃衛(wèi)生時(shí)使用的手持吸塵器、裝家具時(shí)使用電動(dòng)工具、大街上穿梭的電動(dòng)自行車(chē)、隨處可見(jiàn)的服務(wù)機(jī)器人和公園里看到的無(wú)人機(jī)等，這些應(yīng)用有一些共有的特點(diǎn)，就是設(shè)計(jì)緊湊并因地制宜的充分利用空間！

MOTIX 3相柵極驅(qū)動(dòng)器6ED2742S01Q是英飛凌MOTIX品牌的新成員。之前的文章《新品| -1A/2A，160V MOTIX三相SOI柵極驅(qū)動(dòng)器》對(duì)該產(chǎn)品做了簡(jiǎn)要的介紹，本文重點(diǎn)講解該產(chǎn)品的特色功能以及使用上的注意事項(xiàng)。

160V絕緣體上的硅（SOI）技術(shù)

Io+/Io- 1A/2A驅(qū)動(dòng)電流（典型峰值）

用于100%占空比的集成涓流充電泵

集成的電源管理單元(PMU)

集成的過(guò)流保護(hù)功能（ITRIP），有四個(gè)可選擇的閾值

集成的電流采樣運(yùn)放（CSA），有四個(gè)可選擇的增益

2kV HBM ESD

5x5mm2 QFN-32封裝

它是一款160V柵極驅(qū)動(dòng)器，用來(lái)適配低壓MOSFET，繼而驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī)，支持6V~140V的輸入電壓。6ED2742S01Q有一個(gè)集成的電源管理單元，包括一個(gè)線(xiàn)性預(yù)調(diào)器和電荷泵，能提供一個(gè)穩(wěn)定的12V的VCC以驅(qū)動(dòng)MOSFET。它在寬輸入電壓下工作，適合寬電池電壓，如10.8V到96V。6ED2742S01Q通過(guò)集成PMU、自舉二極管、ITRIP、電流感應(yīng)放大器、電荷泵，降低了系統(tǒng)成本。它還具有卓越的抗閂鎖能力，使其成為各種應(yīng)用的簡(jiǎn)約和低成本的解決方案，如電動(dòng)工具、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、低速電動(dòng)汽車(chē)、吸塵器和戶(hù)外園藝工具。該芯片集成度高、封裝小巧，是電池供電應(yīng)用的理想選擇。

首先介紹一下該產(chǎn)品非常吸引人的幾個(gè)特色功能。

01

驅(qū)動(dòng)器自帶的電源管理功能

PMU針對(duì)不同電池電壓的應(yīng)用場(chǎng)景，有如下三個(gè)配置模式。

配置1：直連電荷泵

一般情況下MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓是12V，如果電池電壓不到12V時(shí)，往往需要一級(jí)開(kāi)關(guān)電源獲取穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)VCC電壓，但是這樣就增加了電路的復(fù)雜程度。內(nèi)置的電荷泵剛好解決了這個(gè)痛點(diǎn)。當(dāng)電池電壓在6V到20V之間時(shí)，可以將電池直接連接VREG，如圖1所示；對(duì)于該功能設(shè)計(jì)的典型電壓為12V，即當(dāng)電池電壓是12V時(shí)電荷泵的輸出電流ICP_AVG為額定電流15mA，并且電荷泵的輸出電壓，即驅(qū)動(dòng)電壓也為12V；電池電壓低于12V時(shí)，ICP_AVG會(huì)降低至10mA，但是由于電荷泵的作用，電荷泵的輸出電壓仍為12V；如果電池電壓低于7V，電荷泵的輸出電壓會(huì)降低，具體見(jiàn)圖1。

圖1.6ED2742S01Q PMU在配置1中工作

配置2：直連LDO

如果電池電壓在20V~90V之間，可將電池直接連接VIN。此時(shí)電池電壓經(jīng)一級(jí)LDO降至15.5V，再通過(guò)電荷泵得到12V的VCC電壓。電池電壓高于60V的時(shí)候，電荷泵的輸出電流會(huì)ICP_AVG低于15mA。

圖2.6ED2742S01Q PMU在配置2中工作

配置3：外接BJT

如果電池電壓在90V~120V之間，還可外接一個(gè)BJT于接口BJT_DR，如圖3所示，此時(shí)PMU在工作在配置3。

圖3.6ED2742S01Q PMU在配置3中工作

02

單電阻電流采樣運(yùn)放（CSA）

6ED2742S01Q內(nèi)置了可用于電流檢測(cè)的運(yùn)算放大器，該運(yùn)放具有四個(gè)可配置增益，分別為5、10、20、40。內(nèi)置的運(yùn)放可以檢測(cè)功率地（COM腳）和邏輯地（VSS腳）之間的電壓。該功能可以幫助減少外置的運(yùn)算放大器，無(wú)需另外從電阻兩端引線(xiàn)，減少了外圍所需的元器件數(shù)量和PCB面積。需要注意的是該功能僅適用于單電阻采樣的情況。

STR輸入信號(hào)可幫助讀取輸出偏置電壓從而進(jìn)行校準(zhǔn)。正常工作：STR信號(hào)為L(zhǎng)OW，CSA輸出信號(hào)CSO是跟隨VSS-COM電壓乘以一定增益。當(dāng)STR信號(hào)為高時(shí)，CSO信號(hào)可以用來(lái)報(bào)告運(yùn)放偏移。CSO輸出增加了150mV VSS以上的偏置。這保證了在不同的增益設(shè)置、溫度和電壓變化下，輸出電壓偏移始終為正。

圖4.電流采樣運(yùn)放和時(shí)序框圖

03

ITRIP 過(guò)流保護(hù)功能

6ED2742S01Q也內(nèi)置了可用于過(guò)流保護(hù)的高精度比較器，能夠在1us內(nèi)快速響應(yīng)在DC-母線(xiàn)上采樣到的過(guò)流，從而關(guān)閉輸出，如圖5所示，其中DC BUS-連接的是功率地VSS，COM腳作為芯片的數(shù)字地。同時(shí)該芯片的過(guò)流保護(hù)點(diǎn)閾值是可調(diào)的，可以根據(jù)表1設(shè)置不同的閾值電壓。

圖5.過(guò)流保護(hù)電路

表1.過(guò)流保護(hù)閾值配置表

在這里需要特別提醒的是，一定要注意兩個(gè)地的布線(xiàn)與連接：數(shù)字地（VSS）和功率地（COM），采樣電阻也要放在這兩個(gè)地之間！如果驅(qū)動(dòng)器的地的電位與控制器的地的電位相差太大，就會(huì)引起驅(qū)動(dòng)器誤觸發(fā)。單一的地很容易引起這種問(wèn)題，所以采用獨(dú)立的電源地和信號(hào)地來(lái)避免這樣的問(wèn)題并減少了噪音的影響。

此外，自舉電容等浮地的器件盡量靠近芯片相關(guān)引腳，并盡可能減小噪聲環(huán)路，建議使用1uF的供電電容。減小驅(qū)動(dòng)環(huán)路不僅減少接受和發(fā)射的電磁噪聲，還可以降低門(mén)極寄生導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)。減少功率回路的雜散電感有助于抑制開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的相電壓瞬態(tài)負(fù)壓-Vs，從而保證驅(qū)動(dòng)器能正常工作。

圖6.數(shù)字地與功率地

總結(jié)一下

160V三相MOTIX門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)器6ED2742S01Q，通過(guò)其集成的自舉二極管、PMU、CSA和過(guò)流保護(hù)比較器，可以幫助工程師大大降低系統(tǒng)的元器件數(shù)量和產(chǎn)品所需要的PCB板面積。從而給外觀設(shè)計(jì)留下更大的施展空間，讓產(chǎn)品更加靈活多變、美輪美奐。