Path: EDNTaiwan電子技術設計 >> 設計中心 >> 汽車電子 >> 為汽車DC馬達選擇靈活橋式驅動器
汽車電子 Share print

為汽車DC馬達選擇靈活橋式驅動器

2016年03月11日  | Giuseppe Maimone/意法半導體(ST)汽車產品事業部資深技術行銷工程師

Share this page with your friends

DC馬達在汽車應用領域十分常見,被廣泛用於各種汽車系統,包括車門、後視鏡、座椅和泵。結構簡單、成本低廉的特點使其成為汽車系統設計人員的首選解決方案。


DC馬達有三個主要零件:產生磁場的定子、承載馬達線圈的轉子、向線圈傳輸電流的電刷。將電源連至馬達的兩個接線端子後,電流將會流到轉子線圈。如果線圈上的電流強度足以讓馬達和負載產生轉矩,馬達將會旋轉。


馬達通常採用PWM技術控制轉速和轉矩。此外,如果馬達旋轉方向在實際應用中必須變化,則必須改變馬達兩個端子上的電源電壓。基於這些需求,採用四個開關按照要求將電源電壓連到馬達的兩個接線端子上的H橋是典型的雙向DC馬達控制解決方案。


圖1 H橋配置。
圖1 H橋配置。

意法半導體的L99H01是汽車馬達驅動器晶片,整合四個閘極驅動器來控制H橋內的四個外部N通道MOSFET。結構簡單,驅動靈活,使其適用於各種汽車系統。透過驅動器內部SPI介面,外部微控制器可讀取診斷資訊,還可以設置驅動器的多個功能,滿足實際應用需求。


圖2 L99H01框圖和應用示意圖
圖2 L99H01框圖和應用示意圖

驅動器內建一個兩級電荷泵,這樣設計有多個好處。以較低的輸入電壓驅動H橋外部MOSFET,盡可能節省外部元件(只需三個電容),以100%占空比驅動馬達。此外,電荷泵的輸出電壓還可用於驅動電池極性接反保護電路的附加MOSFET。


因為馬達在驅動電路內產生感性負載,為盡可能降低耗散功率,在應用PWM控制技術時,必須為馬達電流設計正確的閉合迴路。L99H01讓設計人員能靈活選擇續流迴路策略。此外,透過正確選擇續流迴路,再配合一個外部微控制器,驅動器可以在實際應用中進行功能性安全測試。


圖3 L99H01續流方法選擇
圖3 L99H01續流方法選擇

透過使用L99H01內部的一個或兩個電流感測放大器(CSA),可以測量流經H橋的電流。這些放大器有很多特別的地方。因為放大器輸入接受高壓,所以可在接地端、電源線或直接串聯馬達測量電流,讓用戶滿足不同的需求和策略要求。


此外,可透過SPI串列設置放大器的增益,為應用開發帶來更高的靈活性。還可對放大器執行失調校正,降低放大器本身失調對電流測量結果的負面影響。內部Watch Dog計時器監視外部微控制器,提升應用層面的安全性;萬一Watch Dog發現微控制器異常,內部MOSFET閘極驅動器則會被禁用。


L99H01可防範潛在危害性事件入侵驅動器和系統,具有欠壓保護以及可設置過壓保護(透過SPI)功能;如果在電源供應端發現這些事件,閘極驅動器將被禁用,並透過SPI介面上報微控制器。


假如馬達的接線柱意外對地短路或對電源短路,L99H01則監視橋上每個被啟動電晶體的漏源電壓,以保護外部MOSFET管。如果源/汲極電壓高於預設閾值,且持續時間大於內部濾波時間,則驅動器關閉受影響的電晶體,並透過SPI串列上報事件。使用者可按實際照應用情況(即MOSFET電阻和流經橋式的電流)調整電壓感測閾值,透過SPI介面從四個數值中選擇一個設為閾值。


當同一半橋內的高低壓側MOSFET換向(commutate)時,在一個電晶體的關斷與另一個電晶體的導通之間引入死區時間(dead time)非常重要,否則兩個電晶體可能同時導通,引起從電源流向接地方向的逆流。使用者可透過SPI介面按照實際需求選擇多個閾值。當開關同一橋臂上的電晶體時,L99H01自動啟用可設置的死區時間。


作為一個深入保護機制,L99H01可感測內外部熱事件,並做出相應的反應。該產品可感測內部過熱初期狀況,並透過SPI介面向外部微控制器報警。這樣,微控制器可採取一些應對措施,以降低驅動器本身和系統的溫度。假如晶片內部溫度進一步上升,則晶片進入過熱關斷模式,禁用閘極驅動器和電荷泵。


此外,外部溫度感測器(如燈條)可連至 L99H01的專用輸入端。當這個接腳上的電壓降至閾值以下時,驅動器關閉閘極驅動器,以保護橋式。按照當前應用設計的特性,用戶可透過SPI選擇閾壓。值得一提的是,當施加外部數位訊號時,這個輸入可用於禁用閘極驅動器。





想要免費接收更多的技術設計資訊嗎?

馬上訂閱《電子技術設計》郵件速遞,透過郵箱輕鬆接收最新的設計理念和產品新聞。

為確保您的資訊安全,請輸入右方顯示的代碼.

啟動您的訂閱申請

我們已給您的註冊郵箱發送了確認信,請點擊信中的連結啟動您的訂閱申請。

這將有助於我們很好地保護您的個人隱私同時確保您能成功接收郵件。


添加新評論
遊客 (您目前以遊客身份發表,請 登入 | 註冊)
*驗證碼:

新聞 | 產品 | 設計實例