DRV8328三相BLDC栅极驱动器技术解析与应用指南

描述

Texas Instruments DRV832860V三相栅极驱动器是一款集成栅极驱动器,用于三相应用。该器件提供三个半桥栅极驱动器,每个驱动器可驱动高侧和低侧N沟道功率MOSFET。该器件使用内部电荷泵生成正确的栅极驱动电压,并通过自举电路增强高侧MOSFET。包括涓流电荷泵,支持100%占空比。该栅极驱动架构支持高达1A拉电流和2A灌电流的峰值栅极驱动电流。DRV8328采用单电源供电,支持4.5V至60V宽输入电源电压范围。

数据手册:*附件:Texas Instruments DRV8328 60V三相栅极驱动器数据手册.pdf

借助6x和3x PWM模式,可轻松连接控制器电路。DRV8328C和DRV8328D型号集成了精确的3.3V LDO,可用于为外部控制器供电,可用作CSA的参考。栅极驱动器和器件的配置设置可通过硬件 (H/W) 引脚进行配置。

该器件具有低功耗休眠模式,可通过关断大部分内部电路实现低静态电流消耗。提供内部保护功能,用于欠压锁闭、GVDD故障、MOSFET过流、MOSFET短路和过热保护。nFAULT引脚上显示Texas Instruments DRV8328的故障情况。

特性

  • 65V三相半桥栅极驱动器
    • 驱动三个高侧和三个低侧N沟道MOSFET (NMOS)
    • 工作电压范围:4.5V至60V
    • 支持100% PWM占空比,带涓流电荷泵
  • 基于自举的栅极驱动器架构
    • 最大峰值拉电流:1000mA
    • 最大峰值灌电流:2000mA
  • 硬件接口提供简单配置
  • 超低功耗休眠模式:<1uA(25°C时)
  • 相间传播延迟匹配:4ns(典型值)
  • 独立驱动器关断路径 (DRVOFF)
  • 可耐受65V电压的唤醒引脚 (nSLEEP)
  • 支持SHx上高达-10V负瞬态电压
  • 6x和3x PWM模式
  • 支持3.3V和5V逻辑输入
  • 精确LDO (AVDD),3.3V ±3%,80mA
  • 紧凑型QFN封装和占位尺寸
  • 通过VDSLVL引脚可调VDS过流阈值
  • 通过DT引脚可调死区时间
  • 高效的系统设计,带电源模块
  • 集成保护特性
    • PVDD欠压闭锁 (PVDDUV)
    • GVDD欠压 (GVDDUV)
    • 自举欠压 (BST_UV)
    • 过流保护(VDS_OCP、SEN_OCP)
    • 热关断 (OTSD)
    • 故障状态指示器 (nFAULT)

简化示意图

N沟道

DRV8328三相BLDC栅极驱动器技术解析与应用指南

一、产品概述

Texas Instruments的DRV8328是一款高度集成的三相无刷直流(BLDC)和永磁同步(PMSM)电机栅极驱动器,具有4.5V至60V的宽输入电压范围。该器件采用先进的栅极驱动架构,集成了三个半桥驱动器、电荷泵和低压差线性稳压器(LDO),专为高效率电机驱动应用而设计。

关键特性‌:

  • 驱动3个高边和3个低边N沟道MOSFET
  • 支持100% PWM占空比(带涓流充电泵)
  • 最大1A源电流和2A灌电流的驱动能力
  • 4ns典型相位间传播延迟匹配
  • 超低功耗睡眠模式(<1μA @25°C)
  • 集成3.3V±3%精度LDO(80mA输出)

二、核心架构与工作原理

DRV8328采用创新的栅极驱动架构,结合了自举电路和电荷泵技术:

  1. 高边驱动‌:采用自举架构,通过BSTx引脚连接的自举电容为高边MOSFET提供栅极驱动电压。内置涓流充电泵确保在100%占空比下持续工作。
  2. 低边驱动‌:由集成的电荷泵线性稳压器(GVDD)供电,可稳定输出12V驱动电压。
  3. 集成保护‌:器件包含全面的保护功能,如PVDD欠压锁定、GVDD故障、MOSFET过流、短路和过热保护等,故障条件通过nFAULT引脚指示。

三、关键性能参数

电气特性

  • 工作电压范围‌:4.5V至60V(绝对最大值65V)
  • 栅极驱动电流‌:
    • 峰值源电流:1000mA(典型值)
    • 峰值灌电流:2000mA(典型值)
  • 传播延迟‌:
    • 高边:100ns(典型值)
    • 低边:100ns(典型值)
  • LDO输出‌:3.3V±3%,最大80mA负载能力

热特性

  • 工作结温范围:-40°C至150°C
  • 热关断阈值:170°C(典型值)
  • 结至环境热阻:36°C/W(典型值)

四、典型应用设计

1. 功率级设计要点

  • 自举电容选择‌:建议使用4.7μF或更大值的X5R/X7R陶瓷电容
  • GVDD电容‌:≥10μF陶瓷电容,电压额定值至少为工作电压的两倍
  • 死区时间设置‌:通过DT引脚连接10kΩ至390kΩ电阻可调节100ns至2000ns死区时间

2. 布局建议

  • 采用星形接地布局,减少噪声耦合
  • 高电流路径应保持短而宽
  • 自举二极管和电容应尽可能靠近器件放置

五、保护功能详解

DRV8328集成了全面的保护机制:

  1. 电压保护‌:
    • PVDD欠压锁定(UVLO):4.4V(典型上升阈值)
    • GVDD欠压:7.5V(典型上升阈值)
    • 自举欠压:4.45V(典型上升阈值)
  2. 电流保护‌:
    • VDS过流保护:通过VDSLVL引脚可调(0.1V至2.5V)
    • 敏感过流保护:LSS至GND阈值0.5V(典型值)
  3. 热保护‌:
    • 热关断:170°C(典型值)
    • 热滞:20°C(典型值)

六、应用领域

DRV8328非常适合以下应用场景:

  • 电动工具(电钻、角磨机等)
  • 园林工具(割草机、绿篱机等)
  • 家用电器(风扇、泵)
  • 伺服驱动器
  • 电动自行车/滑板车
  • 无人机和工业机器人

七、选型指南

DRV8328提供四种型号选择:

型号LDO输出DT引脚VDSLVL引脚PWM模式
DRV8328A不可用可用可用6x
DRV8328B3.3V可用不可用3x
DRV8328C不可用不可用可用6x
DRV8328D3.3V不可用不可用3x
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