DRV8363：三相智能柵極驅(qū)動(dòng)器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，為三相無刷直流（BLDC）電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用挑選合適的柵極驅(qū)動(dòng)器是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。德州儀器（TI）推出的DRV8363便是一款值得深入研究的集成式8V至85V柵極驅(qū)動(dòng)器，它能有效減少系統(tǒng)元件數(shù)量、成本和復(fù)雜性。接下來，讓我們一起深入了解DRV8363的各項(xiàng)特性和優(yōu)勢(shì)。

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一、核心特性剖析

1. 三相半橋柵極驅(qū)動(dòng)器

DRV8363集成了三個(gè)半橋柵極驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)都能驅(qū)動(dòng)高側(cè)和低側(cè)N溝道功率MOSFET。其自舉電路可在廣泛的工作條件下為高側(cè)MOSFET提供正確的柵極偏置電壓，集成的涓流充電泵則支持100%占空比操作。這些半橋柵極驅(qū)動(dòng)器既可以組合使用來驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)，也能單獨(dú)用于驅(qū)動(dòng)其他類型的負(fù)載。

2. 多樣的PWM控制模式

該驅(qū)動(dòng)器提供四種不同的PWM控制模式，包括6x PWM模式、3x PWM模式（帶INLx使能控制）、1x PWM模式和獨(dú)立PWM模式，可通過PWM_MODE寄存器位進(jìn)行調(diào)整，以支持各種換向和控制方法。

3. 智能柵極驅(qū)動(dòng)架構(gòu)

• 可配置的峰值柵極驅(qū)動(dòng)電流：具備15級(jí)可配置的峰值柵極驅(qū)動(dòng)電流，最高可達(dá)1000 / 2000mA（源極 / 漏極），能根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整。
• 閉環(huán)自動(dòng)死區(qū)時(shí)間插入：基于柵 - 源電壓監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)死區(qū)時(shí)間插入，有效防止上下橋臂直通。
• 可配置軟關(guān)斷：在過流關(guān)斷期間，可配置軟關(guān)斷以最小化感應(yīng)電壓尖峰。

4. 低側(cè)電流感測(cè)放大器

• 低輸入失調(diào)：在整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有1mV的低輸入失調(diào)，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。
• 可調(diào)增益：提供4級(jí)可調(diào)增益，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整。
• 可調(diào)輸出偏置：支持單向或雙向感測(cè)，輸出偏置可調(diào)節(jié)。

5. 豐富的保護(hù)功能

集成了電池和電源電壓監(jiān)測(cè)、MOSFET Vds和過流監(jiān)測(cè)、MOSFET Vgs柵極故障監(jiān)測(cè)、設(shè)備熱警告和關(guān)斷等保護(hù)功能，還配備故障條件指示引腳nFAULT，能及時(shí)反饋設(shè)備狀態(tài)。

二、詳細(xì)功能解讀

1. 柵極驅(qū)動(dòng)架構(gòu)

• 自舉二極管：用于產(chǎn)生高側(cè)偏置，陽極通過內(nèi)部電阻連接到GVDD，陰極連接到BSTx。其電容值需根據(jù)高側(cè)MOSFET的柵極電荷進(jìn)行選擇，以確保在每個(gè)開關(guān)周期中能有效刷新電荷。
• VCP涓流充電泵：為自舉電容提供電流，支持100%占空比操作?？膳渲脼椤案哒伎毡取蹦Ｊ交颉罢ＤＪ健保赃m應(yīng)不同的工作場(chǎng)景。此外，還能為外部組件提供過驅(qū)動(dòng)電源。
• 柵極驅(qū)動(dòng)器輸出：采用智能柵極驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，通過IDRIVE和TDRIVE兩個(gè)組件實(shí)現(xiàn)對(duì)外部功率MOSFET的開關(guān)控制和保護(hù)。

2. DVDD線性電壓調(diào)節(jié)器

集成了一個(gè)100mA輸出的線性調(diào)節(jié)器，可配置為3.3V或5V輸出，為低功耗MCU或其他低電流支持電路提供電源。

3. 低側(cè)電流感測(cè)放大器

可通過SPI命令配置增益和輸出偏置，支持單向和雙向電流感測(cè)。在單向電流感測(cè)模式下，內(nèi)部生成1/8 x VREF的共模電壓以獲得最大分辨率；在雙向電流感測(cè)模式下，內(nèi)部生成1/2 x VREF的共模電壓。

4. 柵極驅(qū)動(dòng)器關(guān)斷

當(dāng)檢測(cè)到故障條件或DRVOFF引腳被系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，設(shè)備會(huì)采取柵極驅(qū)動(dòng)器關(guān)斷操作，將高側(cè)和低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器輸出拉低以關(guān)閉外部MOSFET。在過流故障關(guān)斷時(shí)，采用軟關(guān)斷序列以最小化功率級(jí)中的感應(yīng)尖峰。

5. 主動(dòng)短路功能

為驅(qū)動(dòng)高慣性負(fù)載或可能處于發(fā)電機(jī)模式的系統(tǒng)提供支持，可通過ASCIN引腳、SPI或自動(dòng)響應(yīng)VDRAIN過電壓觸發(fā)，開啟所有三個(gè)高側(cè)或低側(cè)MOSFET以循環(huán)電機(jī)電流，避免電源電壓進(jìn)一步升高。

三、編程與配置

DRV8363使用標(biāo)準(zhǔn)的串行外設(shè)接口（SPI）進(jìn)行配置和故障診斷信息讀取。SPI操作在從模式下進(jìn)行，連接到外部控制器。數(shù)據(jù)幀格式根據(jù)是否啟用SPI CRC有所不同，有效幀需滿足一系列條件，如SCLK和nSCS的時(shí)序要求等。

四、應(yīng)用與布局建議

1. 典型應(yīng)用

主要用于三相無刷直流電機(jī)控制應(yīng)用，如家電、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車等。在典型應(yīng)用中，需要搭配一系列外部組件，如陶瓷電容器、電阻等。

2. 布局指南

• 盡量縮短GHx、SHx、GLx和SLx走線的長(zhǎng)度和阻抗，減少過孔數(shù)量，增加走線寬度以降低寄生電感和電阻。
• 將BSTx、CPTH/CPTL、GVDD和DVDD電容器靠近相應(yīng)引腳放置，且最好位于PCB同一側(cè)，以避免寄生過孔電感。
• VDRAIN連接應(yīng)觀察三相的“平均值”，并靠近高側(cè)大容量電容，同時(shí)將VDRAIN電容器靠近VDRAIN引腳。
• SLx引腳應(yīng)連接到單個(gè)MOSFET源極，SNx/SPx引腳應(yīng)從感測(cè)電阻并行路由到設(shè)備，并在靠近設(shè)備引腳處放置濾波組件。
• 暴露焊盤用于散熱，應(yīng)連接到最佳熱接地，GND/AGND引腳連接到MCU參考接地。

五、總結(jié)

DRV8363憑借其豐富的功能特性、靈活的配置選項(xiàng)和可靠的保護(hù)機(jī)制，為三相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用提供了一個(gè)強(qiáng)大而穩(wěn)定的解決方案。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，充分了解和利用DRV8363的優(yōu)勢(shì)，能夠有效提高系統(tǒng)性能，降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度和成本。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似器件的使用難題？對(duì)于DRV8363的某些特性，你是否有不同的見解或應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。