集成電源管理的160V三相MOTIX?門級驅(qū)動器

我們身邊有很多電池供電的應用比如打掃衛(wèi)生時使用的手持吸塵器、裝家具時使用電動工具、大街上穿梭的電動自行車、隨處可見的服務機器人和公園里看到的無人機等，這些應用有一些共有的特點，就是設計緊湊并因地制宜的充分利用空間！

MOTIX 3相柵極驅(qū)動器6ED2742S01Q是英飛凌MOTIX品牌的新成員。之前的文章《新品| -1A/2A，160V MOTIX三相SOI柵極驅(qū)動器》對該產(chǎn)品做了簡要的介紹，本文重點講解該產(chǎn)品的特色功能以及使用上的注意事項。

160V絕緣體上的硅（SOI）技術(shù)

Io+/Io- 1A/2A驅(qū)動電流（典型峰值）

用于100%占空比的集成涓流充電泵

集成的電源管理單元(PMU)

集成的過流保護功能（ITRIP），有四個可選擇的閾值

集成的電流采樣運放（CSA），有四個可選擇的增益

2kV HBM ESD

5x5mm2 QFN-32封裝

它是一款160V柵極驅(qū)動器，用來適配低壓MOSFET，繼而驅(qū)動直流無刷電機，支持6V~140V的輸入電壓。6ED2742S01Q有一個集成的電源管理單元，包括一個線性預調(diào)器和電荷泵，能提供一個穩(wěn)定的12V的VCC以驅(qū)動MOSFET。它在寬輸入電壓下工作，適合寬電池電壓，如10.8V到96V。6ED2742S01Q通過集成PMU、自舉二極管、ITRIP、電流感應放大器、電荷泵，降低了系統(tǒng)成本。它還具有卓越的抗閂鎖能力，使其成為各種應用的簡約和低成本的解決方案，如電動工具、機器人、無人機、低速電動汽車、吸塵器和戶外園藝工具。該芯片集成度高、封裝小巧，是電池供電應用的理想選擇。

首先介紹一下該產(chǎn)品非常吸引人的幾個特色功能。

01

驅(qū)動器自帶的電源管理功能

PMU針對不同電池電壓的應用場景，有如下三個配置模式。

配置1：直連電荷泵

一般情況下MOSFET的驅(qū)動電壓是12V，如果電池電壓不到12V時，往往需要一級開關(guān)電源獲取穩(wěn)定的驅(qū)動VCC電壓，但是這樣就增加了電路的復雜程度。內(nèi)置的電荷泵剛好解決了這個痛點。當電池電壓在6V到20V之間時，可以將電池直接連接VREG，如圖1所示；對于該功能設計的典型電壓為12V，即當電池電壓是12V時電荷泵的輸出電流ICP_AVG為額定電流15mA，并且電荷泵的輸出電壓，即驅(qū)動電壓也為12V；電池電壓低于12V時，ICP_AVG會降低至10mA，但是由于電荷泵的作用，電荷泵的輸出電壓仍為12V；如果電池電壓低于7V，電荷泵的輸出電壓會降低，具體見圖1。

圖1.6ED2742S01Q PMU在配置1中工作

配置2：直連LDO

如果電池電壓在20V~90V之間，可將電池直接連接VIN。此時電池電壓經(jīng)一級LDO降至15.5V，再通過電荷泵得到12V的VCC電壓。電池電壓高于60V的時候，電荷泵的輸出電流會ICP_AVG低于15mA。

圖2.6ED2742S01Q PMU在配置2中工作

配置3：外接BJT

如果電池電壓在90V~120V之間，還可外接一個BJT于接口BJT_DR，如圖3所示，此時PMU在工作在配置3。

圖3.6ED2742S01Q PMU在配置3中工作

02

單電阻電流采樣運放（CSA）

6ED2742S01Q內(nèi)置了可用于電流檢測的運算放大器，該運放具有四個可配置增益，分別為5、10、20、40。內(nèi)置的運放可以檢測功率地（COM腳）和邏輯地（VSS腳）之間的電壓。該功能可以幫助減少外置的運算放大器，無需另外從電阻兩端引線，減少了外圍所需的元器件數(shù)量和PCB面積。需要注意的是該功能僅適用于單電阻采樣的情況。

STR輸入信號可幫助讀取輸出偏置電壓從而進行校準。正常工作：STR信號為LOW，CSA輸出信號CSO是跟隨VSS-COM電壓乘以一定增益。當STR信號為高時，CSO信號可以用來報告運放偏移。CSO輸出增加了150mV VSS以上的偏置。這保證了在不同的增益設置、溫度和電壓變化下，輸出電壓偏移始終為正。

圖4.電流采樣運放和時序框圖

03

ITRIP 過流保護功能

6ED2742S01Q也內(nèi)置了可用于過流保護的高精度比較器，能夠在1us內(nèi)快速響應在DC-母線上采樣到的過流，從而關(guān)閉輸出，如圖5所示，其中DC BUS-連接的是功率地VSS，COM腳作為芯片的數(shù)字地。同時該芯片的過流保護點閾值是可調(diào)的，可以根據(jù)表1設置不同的閾值電壓。

圖5.過流保護電路

表1.過流保護閾值配置表

在這里需要特別提醒的是，一定要注意兩個地的布線與連接：數(shù)字地（VSS）和功率地（COM），采樣電阻也要放在這兩個地之間！如果驅(qū)動器的地的電位與控制器的地的電位相差太大，就會引起驅(qū)動器誤觸發(fā)。單一的地很容易引起這種問題，所以采用獨立的電源地和信號地來避免這樣的問題并減少了噪音的影響。

此外，自舉電容等浮地的器件盡量靠近芯片相關(guān)引腳，并盡可能減小噪聲環(huán)路，建議使用1uF的供電電容。減小驅(qū)動環(huán)路不僅減少接受和發(fā)射的電磁噪聲，還可以降低門極寄生導通的風險。減少功率回路的雜散電感有助于抑制開關(guān)產(chǎn)生的相電壓瞬態(tài)負壓-Vs，從而保證驅(qū)動器能正常工作。

圖6.數(shù)字地與功率地

總結(jié)一下

160V三相MOTIX門級驅(qū)動器6ED2742S01Q，通過其集成的自舉二極管、PMU、CSA和過流保護比較器，可以幫助工程師大大降低系統(tǒng)的元器件數(shù)量和產(chǎn)品所需要的PCB板面積。從而給外觀設計留下更大的施展空間，讓產(chǎn)品更加靈活多變、美輪美奐。