L99H01 ：一個(gè)靈活的汽車(chē)直流電機電橋驅動(dòng)器

　　直流電機在汽車(chē)應用領(lǐng)域十分常見(jiàn)，被廣泛用于各種汽車(chē)系統，包括車(chē)門(mén)、后視鏡、座椅和電泵。結構簡(jiǎn)單、成本低廉的特點(diǎn)使其成為汽車(chē)系統設計人員的首選解決方案。

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

　　將電源連至電機的兩個(gè)接線(xiàn)端子后，電流將會(huì )流到轉子線(xiàn)圈。如果線(xiàn)圈上的電流強度足以讓電機和負載產(chǎn)生轉矩，電機將會(huì )旋轉。

　　電機通常采用PWM技術(shù)控制轉速和轉矩。此外，如果電機旋轉方向在實(shí)際應用中必須變化，則必須改變電機兩個(gè)端子上的電源電壓?；谶@些需求，采用四個(gè)開(kāi)關(guān)按照要求將電源電壓連到電機的兩個(gè)接線(xiàn)端子上的H-橋是典型的雙向直流電機控制解決方案。

　　圖1：H橋配置。

　　意法半導體的L99H01是一個(gè)汽車(chē)電機驅動(dòng)器芯片，集成四個(gè)柵驅動(dòng)器來(lái)控制H橋內的四個(gè)外部N溝道MOSFET管。結構簡(jiǎn)單，驅動(dòng)靈活，使其適用于各種汽車(chē)系統。

　　通過(guò)驅動(dòng)器內部SPI接口，外部微控制器可讀取診斷信息，還可以設置驅動(dòng)器的多個(gè)功能，滿(mǎn)足實(shí)際應用需求。

　　驅動(dòng)器內置一個(gè)兩級電荷泵，這樣設計有多個(gè)好處。以較低的輸入電壓驅動(dòng)H橋外部MOSFET管，盡可能節省外部組件(只需三個(gè)電容)，以100%占空比驅動(dòng)電機。此外，電荷泵的輸出電壓還可用于驅動(dòng)電池極性接反保護電路的附加MOSFET管。

　　圖2：L99H01框圖和應用示意圖

　　因為電機在驅動(dòng)電路內產(chǎn)生感性負載，為盡可能降低耗散功率，在應用PWM控制技術(shù)時(shí)，必須為電機電流設計正確的閉合回路。L99H01讓設計人員盡可能靈活地選擇續流回路策略。此外，通過(guò)正確選擇續流回路，再配合一個(gè)外部微控制器，驅動(dòng)器可以在實(shí)際應用中進(jìn)行功能性安全測試。

　　圖3：L99H01續流方法選擇

　　通過(guò)使用L99H01內部的一個(gè)或兩個(gè)電流檢測放大器(CSA)，可以測量流經(jīng)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(xiàn)或直接串聯(lián)電機測量電流，讓用戶(hù)滿(mǎn)足不同的需求和策略要求。此外，可通過(guò)SPI串口設置放大器的增益，為應用開(kāi)發(fā)帶來(lái)更高的靈活性。此外，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。

　　內部看門(mén)狗定時(shí)器監視外部微控制器，提升應用層面的安全性。萬(wàn)一看門(mén)狗發(fā)現微控制器異常，L99H01則禁用內部MOSFET柵驅動(dòng)器。

　　L99H01防范潛在危害性事件入侵驅動(dòng)器和系統。該產(chǎn)品具有欠壓保護以及可設置過(guò)壓保護(通過(guò)SPI)功能。如果在電源端發(fā)現這些事件，則柵驅動(dòng)器將被禁用，并通過(guò)SPI接口上報給微控制器。

　　假如電機的接線(xiàn)柱意外對地短路或對電源短路，L99H01則監視橋上每個(gè)被激活晶體管的漏源電壓，以保護外部MOSFET管。如果漏源電壓高于預設閾值且持續時(shí)間大于內部濾波時(shí)間，則驅動(dòng)器關(guān)閉受影響的晶體管，并通過(guò)SPI串口上報事件。用戶(hù)可按實(shí)際照應用情況(即MOSFET電阻和流經(jīng)電橋的電流)調整電壓檢測閾值，通過(guò)SPI接口從四個(gè)數值中選擇一個(gè)設為閾值。

　　當同一半橋內的高低邊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)導通，引起從電源流向接地方向的逆流。 用戶(hù)可通過(guò)SPI接口按照實(shí)際需求選擇多個(gè)閾值。當開(kāi)關(guān)同一橋臂上的晶體管時(shí)，L99H01自動(dòng)啟用可設置的死時(shí)。

　　作為一個(gè)深入保護機制，L99H01可檢測內外部熱事件，并做出相應的反應。該產(chǎn)品可檢測內部過(guò)熱初期狀況，并通過(guò)SPI接口向外部微控制器報警。這樣，微控制器可采取一些應對措施，以降低驅動(dòng)器本身和系統的溫度。假如芯片內部溫度進(jìn)一步上升，則芯片進(jìn)入過(guò)熱關(guān)斷模式，禁用柵驅動(dòng)器和電荷泵。

　　此外，外部溫度傳感器(如燈條)可連至 L99H01的專(zhuān)用輸入端。當這個(gè)引腳上的電壓降至閾值以下時(shí)，驅動(dòng)器關(guān)閉柵驅動(dòng)器，以保護電橋。按照當前應用設計的特性，用戶(hù)可通過(guò)SPI選擇閾壓。值得一提的是，當施加外部數字信號時(shí)，這個(gè)輸入可用于禁用柵驅動(dòng)器。

　　L99H01采用兩種經(jīng)濟型封裝PowerSSO36 (散熱盤(pán)外露)和LQFP32(全塑封裝)。詳情訪(fǎng)問(wèn)：www.st.com .

　　Giuseppe Maimone畢業(yè)于意大利米蘭理工大學(xué)電子工程專(zhuān)業(yè)。曾先后在德州儀器的應用工程和市場(chǎng)部和飛思卡爾半導體工作多年，參與過(guò)各種產(chǎn)品的研發(fā)銷(xiāo)售(線(xiàn)性穩壓器、開(kāi)關(guān)穩壓器、智能功率器件、系統基礎芯片)。2011年，他加入意法半導體，擔任汽車(chē)產(chǎn)品部高級技術(shù)市場(chǎng)工程師。