NXP GateDriver GD3160 簡介

一、前言

隨著新能源汽車的崛起，給汽車的三電領(lǐng)域帶來了相當(dāng)大的機(jī)遇。三電行業(yè)，即電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池、電控系統(tǒng)，說到動(dòng)力電池，相信很多人都不陌生，這就牽扯到我們所說的 BMS 系統(tǒng)。但是這不是我們今天的主角，今天我們要談的是電動(dòng)機(jī)這部分。在新能源車充滿電之后，在馬路上行駛的情況下，整車依靠電池包供電，但是負(fù)責(zé)車身動(dòng)力的牽引電機(jī)是無法依靠小功率直流源驅(qū)動(dòng)。因此必須使用逆變器，將直流成分轉(zhuǎn)換成大功率交流量。

在逆變器中，包含有主控 MCU，以及本篇文章重點(diǎn)介紹的 Gate Driver，該器件可以將 MCU 的低電壓 PWM 控制轉(zhuǎn)換成大電流柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng) IGBT 以及 SiC 等大功率晶體管，進(jìn)一步帶動(dòng)牽引電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

二、Gate Driver 介紹

Gate Driver，柵極驅(qū)動(dòng)器，作為主控 MCU 以及晶體管之間的橋梁，首要任務(wù)就是根據(jù) MCU 發(fā)送的互補(bǔ)的 PWM 波去控制柵極導(dǎo)通以及柵極關(guān)斷來開關(guān)晶體管。

其次，作為符合 ISO-26262 標(biāo)準(zhǔn)，安全等級(jí)能到達(dá) ASILD 的元件，Gate Driver GD3160 高壓側(cè)以及低壓側(cè)存在隔離，可以通過線圈通訊，可以實(shí)現(xiàn)高壓/低壓電源監(jiān)控，內(nèi)部自檢 BIST、直接通過 Safing Logic 獲取外部 SBC 安全狀態(tài)、死區(qū)控制保證自身正常運(yùn)行，并且可以通過 INTA 實(shí)時(shí)監(jiān)控晶體管端電壓 VCE 以及柵極電壓 VGE。

一旦發(fā)生諸如短路（被 Desat 或 I-sense 引腳檢測到）等故障，GD3160 可以在 1us 時(shí)間內(nèi)關(guān)斷晶體管，避免管子損壞，同時(shí) INTB （SPI 配置）可以上報(bào)相關(guān)故障，該故障被 MCU 捕獲之后，可以發(fā)送相應(yīng)的 SPI 命令獲取 GD3160 狀態(tài)寄存器，讓 MCU 能夠知道是哪個(gè) GD3160 發(fā)生了什么故障，從而采取進(jìn)一步的行動(dòng)。

GD3160 相對(duì)于上一代 GD3100，擁有額外的故障上報(bào)引腳（INTA），同時(shí)柵極電壓可以達(dá)到 25V，高壓側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)的供電則是可以在 14V 以及 21V 之間選取，同時(shí)還擁有分段式驅(qū)動(dòng)功能（這是一種先進(jìn)的柵極驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在 SPI 配置使能之后，可以通過 Desat 引腳檢測晶體管電壓，柵極關(guān)斷強(qiáng)度（以安培為單位）根據(jù)關(guān)斷時(shí)序逐級(jí)降低。分段驅(qū)動(dòng)通過降低關(guān)斷過程中短時(shí)很重要的那部分的電流來減緩關(guān)斷過程。該功能可進(jìn)一步降低關(guān)斷引起的電壓過沖，是降低關(guān)斷能耗，提高汽車?yán)m(xù)航里程的重要手段。

另外 GD3162 作為 NXP 很快會(huì)推出的產(chǎn)品，柵極驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)，并且內(nèi)置了 DC link 放電控制器，大家可以期待一下。

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三、參考文檔

[1] AN677710-AN13167_ HW and SW changes from GD3100 to GD3160(1.0).pdf

[2] HITACHI-NXP-WP.pdf

[3] AN675420-AN13129 Fault management, diagnostics, interrupt and priority table of GD3160 advanced IGBT and SiC gate driver(2.0).pdf

[4] ds587392 - GD3160 data sheet rev11.0 (9.2).pdf