高效控制：類(lèi)比半導體DR7808在新能源汽車(chē)中的應用

摘要：上海類(lèi)比半導體技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“類(lèi)比半導體”或“類(lèi)比”）作為國內領(lǐng)先的模擬及數?；旌闲酒O計商，成功設計并生產(chǎn)了DR7808預驅芯片，不僅在技術(shù)層面實(shí)現了重大突破，更在實(shí)際應用中展現出卓越的性能和可靠性。DR7808預驅芯片以其優(yōu)化的集成度和增強的功能性，能夠輕松應對當前汽車(chē)電子系統設計面臨的挑戰，同時(shí)高效滿(mǎn)足客戶(hù)在多樣化應用場(chǎng)景下的具體需求。

一、    八半橋電機驅動(dòng)DR7808：應對電機驅動(dòng)的前沿挑戰

在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，隨著(zhù)車(chē)輛電氣化程度的加深，電機預驅技術(shù)面臨著(zhù)前所未有的挑戰。傳統電機控制方法，如分立元件與繼電器的組合，逐漸顯露出局限性，無(wú)法滿(mǎn)足行業(yè)對高性能、成本效率、尺寸緊湊性、安全性和多功能性的新需求。在此背景下，類(lèi)比半導體推出了DR7808八半橋電機驅動(dòng)芯片，旨在解決行業(yè)痛點(diǎn)，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步。

與國際競品相比，DR7808不僅全面覆蓋了基礎功能，更在支持4路PWM信號輸入、過(guò)流保護閾值的精細化調節、高低邊驅動(dòng)模式的智能切換、上下管握手邏輯的強化以及離線(xiàn)診斷與在線(xiàn)電流檢測等多個(gè)方面進(jìn)行了深度優(yōu)化和增強。這些創(chuàng )新設計，不僅滿(mǎn)足了客戶(hù)對靈活設計應用的追求，同時(shí)也確保了系統運行的穩定性和安全性。

表1 DR7808與國際主流競品參數對照表

表2 DR7808的產(chǎn)品參數與硬件框架

二、DR7808性能特點(diǎn)與技術(shù)創(chuàng )新

2.1 PWM4功能與應用：四路PWM驅動(dòng)，覆蓋更多應用場(chǎng)景

對于座椅記憶功能及其他需要協(xié)調四個(gè)電機同步工作的應用，DR7808的EN_PWM4引腳展現出了其獨特的優(yōu)勢。通過(guò)巧妙地設置CSA_OC_SH寄存器中的HB6_PWM4_EN位，EN_PWM4可以轉換成為第四個(gè)PWM輸入，專(zhuān)門(mén)用于驅動(dòng)HB6橋臂。這一設計突破了行業(yè)界限，顯著(zhù)區別于最大僅支持三個(gè)PWM通道的競品，為多電機同步控制開(kāi)辟了新的可能性。

如下示意圖，我們簡(jiǎn)單概述了PWM正向控制與反向控制的配置流程及信號流向。通過(guò)將EN_PWM4引腳映射至HB6，HB6內的HS和LS可根據HB6_MODE寄存器的設定轉換為有源MOSFET，進(jìn)而實(shí)現PWM驅動(dòng)下的正向與反向操作。當HB6由EN_PWM4信號驅動(dòng)時(shí)，外部MOSFET的充電與放電過(guò)程受到精細化管理，而這一過(guò)程的靜態(tài)電流則由ST_ICHG寄存器中的HB6ICHGST位精準調控。

值得注意的是，EN_PWM4引腳在默認狀態(tài)下?lián)涡酒鼓艿慕巧?。一旦HB6_PWM4_EN位被激活，即使EN_PWM4引腳被拉低，芯片也不會(huì )隨即進(jìn)入禁用狀態(tài)。正常應用下，可通過(guò)SPI配置重新HB6_PWM4_EN為低來(lái)復位EN_PWM4引腳為芯片使能。同時(shí)VDD電源下電或是看門(mén)狗超時(shí)，HB6_PWM4_EN將被復位，EN_PWM4引腳將重新承擔起使能職責。隨后，當EN_PWM4引腳再次被斷言為低電平時(shí)，芯片將執行重置操作。為了確保系統的穩定性和可靠性，一個(gè)推薦的軟件實(shí)踐是在喂狗前連續讀取0x00寄存器三次，若讀取數據三次完全一致，則視為喂狗成功；相反，若未能滿(mǎn)足這一條件，則需將EN_PWM4引腳設置為高電平狀態(tài)，以防后續看門(mén)狗超時(shí)引發(fā)的意外重置。

圖1 正向PWM操作示例

圖2  反向PWM操作示例

2.2 柵極驅動(dòng)與過(guò)流保護：精細調節與成本優(yōu)化

DR7808芯片在柵極驅動(dòng)電流調節與過(guò)流保護方面展現出卓越的性能。其過(guò)流保護門(mén)限覆蓋了從0.075V至2V的寬泛范圍，提供16檔精細調節，這一設計顯著(zhù)優(yōu)于競品0.15V至2V的8檔位調節范圍，使DR7808得以在小電流應用領(lǐng)域展現出色的適應性和安全性。

不僅如此，DR7808每個(gè)柵極驅動(dòng)器能夠通過(guò)32個(gè)檔位精確控制1.0mA至約100mA的電流變化，這一特性直接挑戰了傳統做法中通過(guò)在門(mén)級驅動(dòng)回路中串接不同阻值電阻來(lái)改變邊沿斜率，以減小MOS開(kāi)啟瞬間電流尖峰的做法。DR7808的這一創(chuàng )新設計無(wú)需額外電阻，減少了外圍組件數量，從而降低了成本，簡(jiǎn)化了設計流程，同時(shí)也使得調試工作變得更加便捷。

DR7808芯片在柵極驅動(dòng)器設計上實(shí)現了對有源MOSFET和續流MOSFET的充電與放電電流的精密控制，具體配置步驟如下：

1.初始化配置：首先，通過(guò)設置GENCTRL1寄存器中的REG_BANK位，確定即將訪(fǎng)問(wèn)的控制寄存器組。

2.有源MOSFET電流控制：

o   充電電流：利用PWM_ICHG_ACT寄存器（當REG_BANK=0時(shí)），精確設定有源MOSFET的充電電流。

o   放電電流：通過(guò)PWM_IDCHG_ACT寄存器（同樣在REG_BANK=0時(shí)），配置有源MOSFET的放電電流。

3.續流MOSFET電流控制：借助PWM_ICHG_FW寄存器（在REG_BANK=1時(shí)），同時(shí)配置續流MOSFET的充電和放電電流，確保其在PWM操作下的性能最優(yōu)。

圖3  PWM操作時(shí)可配置的放電電流

圖4  PWM操作時(shí)可配置的充電電流

2.3 高級檢測與保護機制：確保H橋驅動(dòng)的穩定與安全

2.3.1 上下管死區控制與保護優(yōu)化

在H橋功率驅動(dòng)應用中，上下管的死區控制是確保系統穩定性和安全性的關(guān)鍵環(huán)節。傳統方法依賴(lài)于MCU算法計算死區時(shí)間，采用軟件方式進(jìn)行控制，然而在極端條件下，這種做法的可靠性備受質(zhì)疑。例如，死區時(shí)間設置不當、Cgd對柵極電壓的耦合效應、極限占空比等因素都可能導致上下管同時(shí)導通，引發(fā)系統故障。

針對這一挑戰，類(lèi)比半導體在DR7808芯片中引入了一系列創(chuàng )新技術(shù)，包括動(dòng)態(tài)死區監控、柵極Hardoff抗耦合、PWM占空比補償和極限占空比補償，以解決傳統方法的不足。用戶(hù)只需簡(jiǎn)單設置相關(guān)參數，芯片內置的握手檢測機制便會(huì )通過(guò)電壓邏輯判斷，當上橋MOS開(kāi)啟時(shí)，自動(dòng)對下橋MOS實(shí)施內部Hardoff電流強下拉，確保在任意死區配置下，上下橋MOS絕不會(huì )同時(shí)開(kāi)啟，從而實(shí)現系統運行的穩定與可靠。

2.3.2 豐富診斷保護機制示例

DR7808芯片配備了全面的診斷與保護機制，以應對各類(lèi)潛在故障。以下以供電電壓VM異常為例，展示芯片的響應流程：

1.當供電電壓VM從正常值12V驟降至4.5V時(shí)，芯片立即觸發(fā)欠壓保護機制。

2.在數據格式中，0x08的Global status Byte(GEF)值表明SUPE位被置1，芯片檢測到Power error，并自動(dòng)上傳故障標志。

3.同時(shí)，General Status Register將提供更詳盡的故障信息，確保故障狀態(tài)的及時(shí)上報與處理。

圖5 VM過(guò)壓欠壓下的輸出行為

圖6 VM欠壓時(shí)的GEF數據捕獲及上傳

2.4 Off-brake保護機制：守護電機與系統安全

在特定工作場(chǎng)景下，如工廠(chǎng)裝配線(xiàn)上的尾門(mén)自動(dòng)調整或座椅折疊過(guò)程，若電池未能及時(shí)為控制板供電，電機在運動(dòng)中產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢（Back EMF）可能逆向流入電源端，對周邊電路元件構成威脅，尤其是對敏感的TVS（瞬態(tài)電壓抑制器）和MOSFET造成潛在傷害。為應對這一挑戰，DR7808芯片集成了off-brake保護功能，有效地化解了這一風(fēng)險。

當DR7808芯片處于passive模式時(shí)，其內置傳感器持續監測供電電壓VS。一旦檢測到VS電壓超過(guò)安全閾值32.5V，芯片即刻響應，自動(dòng)啟動(dòng)LS4至LS1的MOSFET，迫使電機迅速進(jìn)入剎車(chē)狀態(tài)。這一動(dòng)作迅速削減了反向電動(dòng)勢，避免了電機的非計劃旋轉，同時(shí)保護了系統免受高電壓沖擊。

隨后，系統將自動(dòng)監控VS電壓的下降趨勢，直至其穩定降至30V以下。此時(shí)，off-brake機制自動(dòng)解除，LS4至LS1的MOSFET隨之關(guān)閉，恢復正常操作狀態(tài)。這一連貫的off-brake保護過(guò)程確保了VS電壓始終保持在安全范圍內，有效防止了TVS和MOSFET因過(guò)壓而損壞，維護了整個(gè)系統的穩定性和安全性。

圖7 off-brake保護機制波形

2.5 離線(xiàn)診斷機制：精密檢測與故障排查

DR7808芯片通過(guò)離線(xiàn)狀態(tài)診斷功能，能夠精準實(shí)現輸出端對電源短路、對地短路以及負載開(kāi)路的檢測，這一機制在設計上獨具匠心，為每個(gè)MOSFET的柵極驅動(dòng)器提供了上拉電流（典型值為500μA），并在驅動(dòng)器激活狀態(tài)（BD_PASS=0）時(shí)，于SHx引腳處提供下拉電流（典型值為1000μA），確保了診斷過(guò)程的穩定與精確。

2.5.1 診斷步驟與原理

●   MOSFET對地短路檢測：設置BD_PASS=0，HBx_MODE為00b或11b，并激活HBxIDIAG=0，同時(shí)開(kāi)啟內部上拉電流，將SHx電壓拉至接近VDRAIN。待一定時(shí)間后，通過(guò)讀取HBxVOUT寄存器，若其值為0b，則表明MOSFET存在對地短路現象。

●   MOSFET對電池短路檢測：同樣將BD_PASS設為0，HBx_MODE配置為00b或11b，但此時(shí)HBxIDIAG應設為1，以啟用內部下拉電流，將SHx電壓拉至接近SL。隨后，讀取HBxVOUT寄存器，若讀得值為1b，則說(shuō)明MOSFET與電池相連，存在短路狀況。

●   空載檢測：此步驟涉及HBx與HBy之間的電機連接檢測。首先，將BD_PASS設為0，HBx_MODE與HBy_MODE均配置為00b或11b，HBxIDIAG設為0以激活HBx通道的上拉電流，同時(shí)HBy通道的HBxIDIAG設為1以啟用下拉電流。等待一段時(shí)間后，讀取HBxVOUT和HByVOUT寄存器。若電機正常連接，SHx與Shy均會(huì )被下拉至SL，此時(shí)HBxVOUT與HByVOUT讀數均為0b；若電機斷開(kāi)，SHx將被上拉至VDRAIN，而Shy則下拉至SL，HBxVOUT讀數為1b，HByVOUT讀數為0b。

值得注意的是，上述離線(xiàn)檢測功能的有效發(fā)揮，需滿(mǎn)足橋驅動(dòng)程序處于活動(dòng)狀態(tài)（即BD_PASS=0），并且相應半橋處于斷開(kāi)模式（HBxMODE=00b或11b）的前提條件。每個(gè)柵極的下拉電流驅動(dòng)器由HBIDIAG寄存器中的控制位HBxIDIAG激活，這一精細控制確保了診斷過(guò)程的準確執行。在微控制器執行離線(xiàn)狀態(tài)診斷時(shí)，為確保檢測的準確性，相關(guān)半橋的VDSOV閾值橋接器需通過(guò)軟件配置，設置為2V的標稱(chēng)值。這一配置步驟是實(shí)現離線(xiàn)診斷功能的關(guān)鍵，確保了檢測過(guò)程中的信號穩定與結果的可靠性。

通過(guò)以上精心設計的配置步驟，微控制器能夠準確獲取HBxVOUT的狀態(tài)，從而高效、可靠地完成離線(xiàn)診斷任務(wù)，為設計者提供了強大而實(shí)用的故障排查工具，增強了DR7808芯片在復雜應用場(chǎng)景下的適應能力和系統維護的便利性。

2.6 精準電流檢測：實(shí)時(shí)監測與優(yōu)化

DR7808芯片內部集成了兩個(gè)高精度CSA電流檢測運放，其在offset精度上展現出色表現，誤差僅約1mV，這一特性顯著(zhù)優(yōu)于國際大廠(chǎng)競品。芯片設計的靈活性體現在其支持多種電流檢測方式，既可在電源端串聯(lián)檢流電阻，亦可在接地端使用分流電阻，甚至在電機內部串聯(lián)分流電阻進(jìn)行檢測，其中電機端檢測的獨特優(yōu)勢在于能夠實(shí)時(shí)監測雙向電流，確保了電機運行狀態(tài)的全面掌握。

為避免PWM信號引起電流檢測運放輸入端的高共模電壓擺動(dòng)，建議將PWM信號應用于未連接分流電阻的半橋端。這一布局方式可有效減少信號干擾，確保電流檢測的準確性與穩定性。如圖8所示，展示了PWM與分流電阻在電機中的典型應用布局，直觀(guān)地呈現了這一優(yōu)化連接策略。

圖8 PWM和分流電阻應用在電機示意圖

在某些應用場(chǎng)景下，PWM信號不可避免地需要應用于分流電阻所在的半橋。此時(shí)，為消除高共模電壓跳變導致的CSA輸出電壓毛刺，應通過(guò)設置CSAx_SH_EN寄存器（x=1,2）啟用CSA PWM抑制功能。同時(shí)，CSAx_SEL寄存器的配置需指向需采樣的半橋，確保在PWM切換期間，CSA輸出保持采樣狀態(tài)，有效避免電壓毛刺的產(chǎn)生。采樣與保持時(shí)間由tcp與tblank決定，這一機制進(jìn)一步提升了電流檢測的精度與可靠性。

三、DR7808：拓展應用的無(wú)限可能

DR7808芯片憑借其8個(gè)獨立可控的半橋設計，展現出了卓越的靈活性與拓展性。每個(gè)半橋的上下管均可獨立控制，意味著(zhù)單顆芯片即可支持高達4個(gè)H橋配置，或靈活配置為8路高邊驅動(dòng)或低邊驅動(dòng)。這一設計突破了傳統方案的局限，為設計人員提供了前所未有的自由度，尤其是在功能域場(chǎng)景中，能夠滿(mǎn)足大量高邊或低邊驅動(dòng)的需求。

傳統應用中，大量高邊驅動(dòng)通常依賴(lài)于分立器件，如達林頓管和繼電器的組合。然而，這些方案存在明顯的缺點(diǎn)，包括器件面積大、機械開(kāi)關(guān)壽命短、噪聲問(wèn)題以及高壓觸點(diǎn)粘連風(fēng)險，加之需要額外電路實(shí)現保護功能，增加了設計的復雜性和成本。相比之下，DR7808的高度集成化設計展現出顯著(zhù)優(yōu)勢，不僅提供了單芯片8路高邊或低邊驅動(dòng)的能力，還內建了豐富的保護機制，涵蓋過(guò)流、過(guò)壓、欠壓和過(guò)溫等多重防護，配合SPI通信故障診斷上傳機制，為系統級功能安全奠定了堅實(shí)的基礎。

在高低邊應用中，DR7808的設計團隊特別針對不同場(chǎng)景進(jìn)行了優(yōu)化，當用于高邊應用時(shí)，可以省略低邊MOS的使用，反之亦然。這一設計上的考量不僅簡(jiǎn)化了電路布局，還大幅降低了物料成本，提升了系統的整體性?xún)r(jià)比。在擁有大量高低邊設計需求的場(chǎng)景下，DR7808相比國際競品展現出更加明顯的優(yōu)勢，無(wú)論是成本控制還是性能表現，均能脫穎而出。

圖9 DR7808設計及應用場(chǎng)景

四、總結

類(lèi)比半導體的電驅產(chǎn)品系列，以其與市面上通用產(chǎn)品BOM的無(wú)縫兼容性，不僅簡(jiǎn)化了軟件設計流程，還確保了硬件設計的簡(jiǎn)潔高效，為行業(yè)樹(shù)立了全新的設計標準。在性能層面，我們超越了市場(chǎng)上的競爭對手，不僅在關(guān)鍵指標上領(lǐng)跑，更深入挖掘客戶(hù)需求，引入了一系列創(chuàng )新功能，直擊行業(yè)痛點(diǎn)，重塑電機驅動(dòng)領(lǐng)域的技術(shù)格局。

作為類(lèi)比半導體電驅產(chǎn)品線(xiàn)的杰出代表，DR7808八半橋預驅芯片憑借其卓越的電流精度、強化的握手邏輯、出色的穩定性和可靠性，完美貼合了市場(chǎng)對多電機控制日益增長(cháng)的需求。在汽車(chē)工業(yè)邁向智能化與中央集成化的大趨勢下，DR7808以其獨特的優(yōu)勢，不僅為客戶(hù)提供了一站式解決方案，包括GUI軟件和C語(yǔ)言底層驅動(dòng)在內的完整技術(shù)服務(wù)，更助力客戶(hù)產(chǎn)品在全球競爭中脫穎而出，為智能出行時(shí)代注入強勁動(dòng)力。

我們誠摯邀請行業(yè)伙伴共同探索電驅技術(shù)的無(wú)限可能，類(lèi)比半導體承諾以專(zhuān)業(yè)、創(chuàng )新的態(tài)度，與您一同迎接挑戰，把握機遇，共創(chuàng )智能出行的美好未來(lái)。熱烈歡迎來(lái)電洽談合作，讓我們攜手書(shū)寫(xiě)電驅領(lǐng)域的嶄新篇章，引領(lǐng)行業(yè)邁向更高成就。