Texas Instruments DRV3256-Q1汽车级栅极驱动器单元 (GDU) 是一款高度集成的三相栅极驱动器，用于48V汽车电机驱动应用。该器件专门设计用于提供2A峰值拉电流和2.5A峰值灌电流的栅极驱动电流，以及90V MOSFET瞬态过压支持来支持大功率电机驱动应用。高效自举架构可最大限度地降低功率损耗和栅极驱动器的自发热。电荷泵允许栅极驱动器支持100% PWM占空比控制。

数据手册：*附件：Texas Instruments DRV3256-Q1汽车级栅极驱动单元 (GDU)数据手册.pdf

Texas Instruments DRV3256-Q1的各种诊断、监测和保护功能可支持稳健的电机驱动系统设计。高度可配置的有源短路 (ASC) 功能支持集成选定的外部MOSFET，以快速响应系统故障。该特性无需外部元件。可选提供三个或一个低侧分流放大器，以支持基于电阻器的低侧电流检测。

特性

• 符合汽车应用类AEC-Q100标准
  • 器件环境温度等级0：–40°C至+150°C
  • 器件人体模型 (HBM) 静电放电 (ESD) 分类等级2
  • 器件充电器件模型 (CDM) ESD分类等级C4B
• 针对功能安全标准
  • 开发用于功能安全应用
  • 在生产发布时将提供文档协助ISO 26262系统设计
  • 针对系统能力高达ASIL-D
• 三个N沟道半桥栅极驱动器
  • 2A/2.5A最大峰值栅极驱动电流
  • 优化用于48V应用的电源架构
  • 12V/48V分离式电源架构
  • 95V直流链路电源 (DHCP) 瞬态绝对最大额定电压
  • 105V自举电压，支持90V MOSFET工作电压范围
  • 电荷泵自举支持100%占空比
• 集成1个 (DRV3256A-Q1) 或3个 (DRV3256-Q1)电流分流放大器
• 集成可配置主动短路 (ASC) 功能
  • 支持低侧 (DRV3256A-Q1) 或低侧与高侧 (DRV3256-Q1/DRV3256B-Q1) ASC
  • 支持高侧和低侧ASC
  • 可提供器件引脚控制
  • 故障处理能力
• 带CRC的串行外设接口 (SPI)
• 支持3.3V和5V逻辑输入
• 先进的保护特性
  • 电池电压监控器
  • MOSFET VDS过流监测器
  • Rshunt 过流监测器
  • MOSFET VGS 栅极故障监测器
  • 模拟内置自检
  • 内部稳压器和时钟监控器
  • 器件过热报警和关断
  • 故障状态指示器引脚

简化示意图

德州仪器DRV3256-Q1汽车级三相栅极驱动单元(GDU)技术解析

一、产品概述与核心特性

德州仪器(TI)的DRV3256-Q1是一款专为48V汽车电机驱动系统设计的高度集成三相栅极驱动单元(GDU)，具有以下突出特点：

• ‌汽车级认证‌：
  • AEC-Q100 Grade 0认证（-40°C至+150°C环境温度）
  • HBM ESD Class 2，CDM ESD Class C4B
  • 功能安全符合ISO 26262标准，目标支持ASIL D等级
• ‌功率驱动能力‌：
  • 三相N沟道半桥栅极驱动
  • 2A峰值源电流/2.5A峰值灌电流
  • 支持90V MOSFET工作电压范围(105V自举电压)
  • 带电荷泵的自举架构支持100%占空比PWM控制
• ‌高级保护功能‌：
  • 集成可配置主动短路(ASC)功能
  • MOSFET VDS过流监测
  • 电流分流放大器监测
  • MOSFET VGS栅极故障监测
  • 电池电压监测与热警告/关断

二、关键电气参数

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围	正常工作	4	-	16	V
绝对最大输入电压	瞬态	-	-	30	V
栅极驱动电流	峰值	2(源)/2.5(灌)	-	-	A
工作温度范围	-	-40	-	+150	°C
热关断阈值	-	153	166	179	°C

三、架构与工作原理

3.1 电源架构

DRV3256-Q1采用12V/48V双电源架构：

• 12V为控制电路供电
• 48V(20V至90V范围)为功率级供电
• 内置DC-DC转换器为栅极驱动提供偏置电压

3.2 主动短路(ASC)功能

• 支持低边(DRV3256A-Q1)或高低边(DRV3256-Q1/B-Q1)主动短路
• 通过nASCIN引脚或SPI控制
• 可在<1μs内响应系统故障
• 无需外部元件实现电机短路制动

3.3 电流检测

• 集成1x(DRV3256A-Q1)或3x(DRV3256-Q1)电流分流放大器
• 支持低边电阻电流检测
• ±1%增益精度(典型值)

四、典型应用设计

4.1 48V电机驱动系统设计

‌关键元件选型‌：

1. ‌功率MOSFET‌：
   • 推荐VDS额定值≥100V
   • Qg<100nC以优化开关损耗
2. ‌自举二极管‌：
   • 反向电压≥100V
   • 快速恢复时间(<50ns)
3. ‌电流检测电阻‌：
   • 功率等级需满足最大电流
   • 低电感布局减小测量误差

‌PCB布局要点‌：

• 功率回路面积最小化(高边MOSFET→电感→输出电容→地)
• 栅极驱动走线短且对称
• 电流检测走线采用开尔文连接
• 裸露焊盘充分焊接至PCB地平面

五、保护机制详解

1. ‌VDS过流保护‌：
   • 监测MOSFET导通电阻压降
   • 可编程阈值与消隐时间
2. ‌电流分流监测‌：
   • 检测分流电阻两端电压
   • 独立比较器提供快速保护
3. ‌热管理‌：
   • 125°C开始热调节(降低驱动电流)
   • 166°C典型热关断阈值
4. ‌故障指示‌：
   • nFAULT引脚提供故障状态
   • SPI寄存器存储详细故障信息

六、应用场景

DRV3256-Q1非常适合以下汽车48V电机驱动应用：

1. ‌动力总成系统‌：
   • 皮带式启动发电机(BSG)
   • 电动涡轮增压器
   • 变速箱执行机构
2. ‌底盘系统‌：
   • 电动助力转向(EPS)
   • 主动悬架电机
3. ‌热管理系统‌：
   • 电子冷却水泵
   • HVAC压缩机驱动

七、器件选型指南

型号	分流放大器数量	ASC支持	特殊功能
DRV3256A-Q1	1x	仅低边	基础功能
DRV3256B-Q1	无	高低边	无分流放大器
DRV3256-Q1	3x	高低边	完整功能
DRV3256P-Q1	3x	高低边	带看门狗定时器