DRV81242-Q1：汽車應(yīng)用中集成保護(hù)與診斷功能的八通道驅(qū)動(dòng)器

前言

在汽車電子快速發(fā)展的今天，對(duì)高集成、高性能且具備多種保護(hù)功能的電子驅(qū)動(dòng)器需求日益增加。而德州儀器（TI）的 DRV81242 - Q1 八通道低邊和高邊驅(qū)動(dòng)器，憑借其豐富的特性和強(qiáng)大的功能，成為汽車?yán)^電器、LED、照明和電機(jī)控制等領(lǐng)域的理想選擇。下面，我將詳細(xì)為大家介紹這款產(chǎn)品。

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產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

滿足汽車應(yīng)用多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)

DRV81242 - Q1 通過(guò)了 AEC - Q100 汽車應(yīng)用認(rèn)證，溫度等級(jí)為 1（- 40°C 至 + 125°C），具備功能安全能力，并且有相關(guān)文檔輔助進(jìn)行功能安全設(shè)計(jì)。這表明它在汽車復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境中，能夠穩(wěn)定可靠地工作，為汽車系統(tǒng)的安全性提供了有力保障。

寬電壓工作范圍

它擁有 3V 至 40V 的模擬電源電壓，即使在低至 3V 的情況下也具備啟動(dòng)能力，還支持 LV124 汽車標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，其數(shù)字電源電壓范圍為 3V 至 5.5V，能與 3.3V 和 5V 的微控制器兼容。這樣的寬電壓工作范圍，使得該驅(qū)動(dòng)器在不同的汽車電氣系統(tǒng)中都能靈活應(yīng)用。

強(qiáng)大的保護(hù)與診斷功能

• 多種保護(hù)機(jī)制：該驅(qū)動(dòng)器支持多種保護(hù)功能，如反接電池保護(hù)、對(duì)地和電池短路保護(hù)、欠壓條件下的穩(wěn)定運(yùn)行、過(guò)流鎖定關(guān)斷、過(guò)溫警告、熱關(guān)斷鎖定以及過(guò)壓保護(hù)等。這些保護(hù)功能能夠有效防止驅(qū)動(dòng)器在各種異常情況下受到損壞，提高了系統(tǒng)的可靠性。
• 豐富的診斷特性：通過(guò) SPI 寄存器可以獲取診斷信息，包括導(dǎo)通狀態(tài)下的過(guò)載檢測(cè)、導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)下的開路檢測(cè)以及輸入和輸出狀態(tài)監(jiān)控等。這使得工程師能夠?qū)崟r(shí)了解驅(qū)動(dòng)器和負(fù)載的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

靈活的控制與驅(qū)動(dòng)能力

• 雙輸入映射功能：具備兩個(gè)帶有映射功能的并行輸入，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的直接控制。同時(shí)，在跛行回家模式下還能實(shí)現(xiàn)故障安全激活，增強(qiáng)了系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。
• 集成 PWM 發(fā)生器：擁有兩個(gè)獨(dú)立的內(nèi)部 PWM 發(fā)生器，可用于驅(qū)動(dòng) LED；還具備燈泡浪涌模式（BIM），能有效驅(qū)動(dòng)如 2W/5W 燈泡等電容性負(fù)載。

低功耗設(shè)計(jì)

在低功耗方面表現(xiàn)出色，當(dāng) (T_{J} ≤85^{circ} C) 時(shí)，睡眠模式電流小于 3μA，有助于降低系統(tǒng)的整體功耗。

通信與擴(kuò)展能力

采用 16 位 SPI 進(jìn)行控制和診斷，并且支持菊花鏈連接，可與 8 位 SPI 設(shè)備兼容，方便實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的級(jí)聯(lián)擴(kuò)展。

產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域

DRV81242 - Q1 的應(yīng)用范圍廣泛，主要應(yīng)用于汽車和工業(yè)領(lǐng)域，如區(qū)域控制模塊（ZCM）、汽車車身控制模塊（BCM）、汽車照明、汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、車輛控制單元（VCU）以及可編程邏輯控制器（PLC）等，為這些領(lǐng)域的設(shè)備控制提供了可靠的解決方案。

詳細(xì)技術(shù)解讀

引腳配置與功能

該產(chǎn)品采用 24 引腳的 HTSSOP（PWP）封裝，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，VM 為功率級(jí)和保護(hù)電路提供模擬電源電壓；VDD 為 SPI 提供數(shù)字電源電壓；nSCS 為串行芯片選擇引腳，低電平有效時(shí)可啟用串行接口通信等。工程師在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)這些引腳的功能合理連接，確保驅(qū)動(dòng)器正常工作。

電氣特性與參數(shù)

• 電壓與電流參數(shù)：在不同的工作模式下，其電源電壓和電流消耗有不同的表現(xiàn)。例如，在睡眠模式下，模擬電源電流 (I{VM_SLEEP}) 在 (T{J} ≤85^{circ} C) 時(shí)典型值為 0.6μA，最大值為 3μA；在空閑模式下，整體電流消耗 (I_{IDLE}) 為 2.2mA 等。這些參數(shù)為工程師在進(jìn)行電源設(shè)計(jì)和功耗評(píng)估時(shí)提供了重要依據(jù)。
• 開關(guān)特性：導(dǎo)通電阻 (R{DS(ON)}) 在 (T{J}=25^{circ} C) 時(shí)典型值為 700mΩ，在 (T{J}=150^{circ} C) 且 (I{L}=I_{L_EAR}=220mA) 時(shí)為 1Ω。此外，還給出了開關(guān)時(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間、上升和下降速率等參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)于控制負(fù)載的開關(guān)過(guò)程和性能至關(guān)重要。
• 保護(hù)與診斷參數(shù)：過(guò)流保護(hù)閾值 (I{L_OCP0}) 和 (I{L_OCP1}) 會(huì)根據(jù)不同的溫度和 OCP 位設(shè)置而變化；過(guò)溫警告溫度 (T_{OTW}) 為 120 - 160°C 等。這些參數(shù)確保了驅(qū)動(dòng)器在各種異常情況下能夠及時(shí)采取保護(hù)措施。

工作模式與控制

DRV81242 - Q1 具有睡眠、空閑、活動(dòng)和跛行回家四種工作模式，模式之間的轉(zhuǎn)換由 nSLEEP 引腳邏輯電平、INx 引腳邏輯電平、ENx 位狀態(tài)、ACT 位狀態(tài)以及 EN_PWM0 和 EN_PWM1 位狀態(tài)等因素決定。不同的工作模式下，驅(qū)動(dòng)器的功能和性能會(huì)有所不同，例如在睡眠模式下，所有輸出關(guān)閉，SPI 寄存器復(fù)位，電流消耗最??；而在活動(dòng)模式下，則是正常驅(qū)動(dòng)負(fù)載的工作模式。

保護(hù)與診斷機(jī)制

欠壓保護(hù)

當(dāng) (V{M}) 電壓在 (V{M underline UVLO }) 和 (V{M{-} OP }) 之間時(shí)，欠壓機(jī)制觸發(fā)，邏輯會(huì)設(shè)置 UVRVM 位。只有當(dāng) (V{M}) 高于 (V{M_{-} OP }) 時(shí)，經(jīng)過(guò)第一次標(biāo)準(zhǔn)診斷讀取后，UVRVM 位才會(huì)清零。欠壓情況會(huì)影響通道狀態(tài)，工程師需要根據(jù)這些特性來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電源管理。

過(guò)流保護(hù)

設(shè)有兩個(gè)過(guò)流閾值 (I{L_OCP0}) 和 (I{L_OCP1})，當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)閾值時(shí)，經(jīng)過(guò) (t_{OFF_OCP}) 時(shí)間，過(guò)載通道會(huì)關(guān)閉，并設(shè)置診斷位 ERRx。只有通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的 CLRx 位為 1b 來(lái)清除保護(hù)鎖存后，通道才能再次開啟。

過(guò)溫保護(hù)

每個(gè)通道都集成了溫度傳感器，當(dāng)通道過(guò)熱時(shí)會(huì)關(guān)閉，并設(shè)置診斷位 ERRx。同樣，需要清除保護(hù)鎖存才能重新開啟通道。

輸出狀態(tài)監(jiān)控

通過(guò)比較每個(gè)通道的 (V{DS})、(V{OUT_S}) 或 (V{OUT}) 與 (V{OSM}) 的大小，設(shè)置相應(yīng)的 OSMx 位。同時(shí)，可通過(guò)編程 IOLx 位啟用診斷電流 (I_{OL}) 進(jìn)行開路檢測(cè)。

導(dǎo)通狀態(tài)開路檢測(cè)

高邊開關(guān)和用作高邊開關(guān)的可配置通道可以檢測(cè)導(dǎo)通狀態(tài)下的開路情況，通過(guò)編程 EN_OLON 位來(lái)控制。檢測(cè)過(guò)程有直接通道診斷和診斷循環(huán)兩種方式，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的檢測(cè)方式。

SPI 通信

通信原理

SPI 是一個(gè)全雙工同步串行從接口，使用 SDO、SDI、SCLK 和 nSCS 四條線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在 SDI 和 SDO 線上以 SCLK 給定的速率傳輸，nSCS 的下降沿表示訪問(wèn)開始，上升沿表示訪問(wèn)結(jié)束。

信號(hào)描述

• nSCS 引腳用于選擇設(shè)備，低電平時(shí)允許數(shù)據(jù)傳輸，高電平時(shí)忽略 SCLK 和 SDI 信號(hào)，SDO 處于高阻態(tài)。
• SCLK 為內(nèi)部移位寄存器提供時(shí)鐘信號(hào)，SDI 在其下降沿讀取數(shù)據(jù)，SDO 在其上升沿輸出數(shù)據(jù)。
• SDI 用于輸入數(shù)據(jù)，SDO 用于輸出診斷信息。

  菊花鏈功能

  SPI 支持菊花鏈連接，多個(gè)設(shè)備可以通過(guò)相同的 nSCS 信號(hào)激活，SDI 線連接前一個(gè)設(shè)備的 SDO 線，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。這種方式方便了多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的級(jí)聯(lián)控制，減少了微控制器的引腳使用。

  通信協(xié)議

  SPI 協(xié)議規(guī)定了命令幀和響應(yīng)幀的格式，以及在不同情況下的響應(yīng)方式。例如，在傳輸錯(cuò)誤、電源復(fù)位或命令語(yǔ)法錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)有相應(yīng)的特殊響應(yīng)。同時(shí)，還給出了各種 SPI 命令的匯總，包括讀取標(biāo)準(zhǔn)診斷、讀寫 8 位和 10 位寄存器等命令及其對(duì)應(yīng)的響應(yīng)。

  寄存器配置

  DRV81242 - Q1 有多個(gè) SPI 寄存器，如標(biāo)準(zhǔn)診斷寄存器、輸出控制寄存器、燈泡浪涌模式寄存器等。每個(gè)寄存器都有特定的功能和位定義，工程師可以通過(guò)編程這些寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)器的各種控制和配置，例如設(shè)置通道的開關(guān)狀態(tài)、啟用或禁用某些功能等。

應(yīng)用與布局建議

推薦外部組件

為了確保 DRV81242 - Q1 的正常工作，建議使用一些外部組件，如在 IN0、IN1 和 nSLEEP 引腳串聯(lián) 4.7kΩ 電阻，用于保護(hù)微控制器；在 VDD 引腳串聯(lián) 100Ω 電阻和并聯(lián) 100nF 旁路電容，用于邏輯電源電壓濾波等。

布局指南

在 PCB 布局時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• VM 引腳應(yīng)使用低 ESR 陶瓷旁路電容（推薦 68nF）旁路到 GND，且電容應(yīng)盡量靠近 VM 引腳。
• VDD 引腳也應(yīng)使用低 ESR 陶瓷電容（推薦 100nF）旁路到地，同樣要靠近引腳。
• 避免電源引腳和去耦電容之間的電感，在相關(guān)引腳和微控制器引腳之間連接串聯(lián)電阻。
• 封裝的散熱焊盤必須連接到系統(tǒng)地，建議使用大面積的單一接地平面，以提高散熱效果和降低阻抗。

總結(jié)

DRV81242 - Q1 作為一款功能強(qiáng)大的八通道驅(qū)動(dòng)器，在汽車和工業(yè)應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢(shì)。其豐富的保護(hù)和診斷功能、靈活的控制方式以及低功耗設(shè)計(jì)，使其能夠滿足復(fù)雜多變的應(yīng)用需求。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要深入理解其技術(shù)參數(shù)和工作原理，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和布局，才能充分發(fā)揮該驅(qū)動(dòng)器的性能，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。大家在使用過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)一些特殊的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。