L99H01 ：一個(gè)靈活的汽車直流電機(jī)電橋驅(qū)動(dòng)器

直流電機(jī)在汽車應(yīng)用領(lǐng)域十分常見，被廣泛用于各種汽車系統(tǒng)，包括車門、后視鏡、座椅和電泵。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的特點(diǎn)使其成為汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的首選解決方案。

直流電機(jī)有三個(gè)主要組件：產(chǎn)生磁場(chǎng)的定子、承載電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)子、向線圈傳輸電流的電刷。

將電源連至電機(jī)的兩個(gè)接線端子后，電流將會(huì)流到轉(zhuǎn)子線圈。如果線圈上的電流強(qiáng)度足以讓電機(jī)和負(fù)載產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，電機(jī)將會(huì)旋轉(zhuǎn)。

電機(jī)通常采用PWM技術(shù)控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。此外，如果電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向在實(shí)際應(yīng)用中必須變化，則必須改變電機(jī)兩個(gè)端子上的電源電壓?；谶@些需求，采用四個(gè)開關(guān)按照要求將電源電壓連到電機(jī)的兩個(gè)接線端子上的H-橋是典型的雙向直流電機(jī)控制解決方案。

圖1：H橋配置。

意法半導(dǎo)體的L99H01是一個(gè)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)器芯片，集成四個(gè)柵驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制H橋內(nèi)的四個(gè)外部N溝道MOSFET管。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)靈活，使其適用于各種汽車系統(tǒng)。

通過驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部SPI接口，外部微控制器可讀取診斷信息，還可以設(shè)置驅(qū)動(dòng)器的多個(gè)功能，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置一個(gè)兩級(jí)電荷泵，這樣設(shè)計(jì)有多個(gè)好處。以較低的輸入電壓驅(qū)動(dòng)H橋外部MOSFET管，盡可能節(jié)省外部組件(只需三個(gè)電容)，以100%占空比驅(qū)動(dòng)電機(jī)。此外，電荷泵的輸出電壓還可用于驅(qū)動(dòng)電池極性接反保護(hù)電路的附加MOSFET管。

圖2：L99H01框圖和應(yīng)用示意圖

因?yàn)殡姍C(jī)在驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)產(chǎn)生感性負(fù)載，為盡可能降低耗散功率，在應(yīng)用PWM控制技術(shù)時(shí)，必須為電機(jī)電流設(shè)計(jì)正確的閉合回路。L99H01讓設(shè)計(jì)人員盡可能靈活地選擇續(xù)流回路策略。此外，通過正確選擇續(xù)流回路，再配合一個(gè)外部微控制器，驅(qū)動(dòng)器可以在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行功能性安全測(cè)試。

圖3：L99H01續(xù)流方法選擇

通過使用L99H01內(nèi)部的一個(gè)或兩個(gè)電流檢測(cè)放大器(CSA)，可以測(cè)量流經(jīng)H橋的電流。這些放大器有很多特別的地方。因?yàn)榉糯笃鬏斎虢邮芨邏?，所以可在接地端、電源線或直接串聯(lián)電機(jī)測(cè)量電流，讓用戶滿足不同的需求和策略要求。此外，可通過SPI串口設(shè)置放大器的增益，為應(yīng)用開發(fā)帶來(lái)更高的靈活性。此外，還可對(duì)放大器執(zhí)行失調(diào)校正，降低放大器本身失調(diào)對(duì)電流測(cè)量結(jié)果的負(fù)面影響。

內(nèi)部看門狗定時(shí)器監(jiān)視外部微控制器，提升應(yīng)用層面的安全性。萬(wàn)一看門狗發(fā)現(xiàn)微控制器異常，L99H01則禁用內(nèi)部MOSFET柵驅(qū)動(dòng)器。

L99H01防范潛在危害性事件入侵驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)。該產(chǎn)品具有欠壓保護(hù)以及可設(shè)置過壓保護(hù)(通過SPI)功能。如果在電源端發(fā)現(xiàn)這些事件，則柵驅(qū)動(dòng)器將被禁用，并通過SPI接口上報(bào)給微控制器。

假如電機(jī)的接線柱意外對(duì)地短路或?qū)﹄娫炊搪罚琇99H01則監(jiān)視橋上每個(gè)被激活晶體管的漏源電壓，以保護(hù)外部MOSFET管。如果漏源電壓高于預(yù)設(shè)閾值且持續(xù)時(shí)間大于內(nèi)部濾波時(shí)間，則驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉受影響的晶體管，并通過SPI串口上報(bào)事件。用戶可按實(shí)際照應(yīng)用情況(即MOSFET電阻和流經(jīng)電橋的電流)調(diào)整電壓檢測(cè)閾值，通過SPI接口從四個(gè)數(shù)值中選擇一個(gè)設(shè)為閾值。

當(dāng)同一半橋內(nèi)的高低邊MOSFET換向時(shí)，在一個(gè)晶體管的關(guān)斷與另一個(gè)晶體管的導(dǎo)通之間引入死時(shí)非常重要，否則，兩支晶體管可能同時(shí)導(dǎo)通，引起從電源流向接地方向的逆流。 用戶可通過SPI接口按照實(shí)際需求選擇多個(gè)閾值。當(dāng)開關(guān)同一橋臂上的晶體管時(shí)，L99H01自動(dòng)啟用可設(shè)置的死時(shí)。

作為一個(gè)深入保護(hù)機(jī)制，L99H01可檢測(cè)內(nèi)外部熱事件，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。該產(chǎn)品可檢測(cè)內(nèi)部過熱初期狀況，并通過SPI接口向外部微控制器報(bào)警。這樣，微控制器可采取一些應(yīng)對(duì)措施，以降低驅(qū)動(dòng)器本身和系統(tǒng)的溫度。假如芯片內(nèi)部溫度進(jìn)一步上升，則芯片進(jìn)入過熱關(guān)斷模式，禁用柵驅(qū)動(dòng)器和電荷泵。

此外，外部溫度傳感器(如燈條)可連至 L99H01的專用輸入端。當(dāng)這個(gè)引腳上的電壓降至閾值以下時(shí)，驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉柵驅(qū)動(dòng)器，以保護(hù)電橋。按照當(dāng)前應(yīng)用設(shè)計(jì)的特性，用戶可通過SPI選擇閾壓。值得一提的是，當(dāng)施加外部數(shù)字信號(hào)時(shí)，這個(gè)輸入可用于禁用柵驅(qū)動(dòng)器。

L99H01采用兩種經(jīng)濟(jì)型封裝PowerSSO36 (散熱盤外露)和LQFP32(全塑封裝)。

Giuseppe Maimone畢業(yè)于意大利米蘭理工大學(xué)電子工程專業(yè)。曾先后在德州儀器的應(yīng)用工程和市場(chǎng)部和飛思卡爾半導(dǎo)體工作多年，參與過各種產(chǎn)品的研發(fā)銷售(線性穩(wěn)壓器、開關(guān)穩(wěn)壓器、智能功率器件、系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片)。2011年，他加入意法半導(dǎo)體，擔(dān)任汽車產(chǎn)品部高級(jí)技術(shù)市場(chǎng)工程師。