DRV8161智能栅极驱动器技术文档总结

DRV816x 器件是半桥栅极驱动器，能够驱动高侧和低侧 N 沟道 MOSFET。栅极驱动电压由GVDD电源引脚产生，集成自举电路用于驱动高压侧FET，漏极高达102V。智能栅极驱动架构支持高达 1A 源极和 2A 灌电流的 16 级（48 个组合）栅极驱动峰值电流，以及栅极驱动电流的内置定时控制。这些器件可用于驱动各种类型的负载，包括无刷/有刷直流电机、永磁同步电机、步进电机、SRM 和螺线管。
*附件：drv8161.pdf

为电源欠压、FET 过流和芯片过温提供内部保护功能。nFAULT引脚指示保护功能检测到的故障事件。nDRVOFF引脚独立于PWM控制启动功率级关断。DRV8162和DRV8162L器件提供分体式电源架构，以协助安全转矩关闭 （STO） 功能。

许多器件参数，包括栅极驱动电流、死区时间、PWM 控制接口和过流检测，都可以通过连接到器件引脚的几个无源元件进行配置。集成的低侧电流检测放大器 （DRV8161） 将电流测量信息反馈给控制器。

特性

• 驱动两个半桥配置的 N 沟道 MOSFET
  • 高侧 MOSFET 源极/漏极高达 102V（绝对最大值）
  • 8V（5V DRV8162L）至 20V 栅极驱动电源
  • 集成自举二极管
• 功能安全质量管理
  • 可用于帮助功能安全系统设计的文档
• 通过集成涓流电荷泵支持 100% PWM 占空比
• 16级栅极驱动峰值电流
  • 16mA - 1000mA 源电流
  • 32mA - 2000mA 灌电流
  • 源灌电流比 1：1、1：2、1：3
• 可调PWM死区时间插入20ns - 900ns
• 用于电机相位 （SH） 开关的稳健设计
  • 转换速率 50V/ns
  • 负瞬态电压 -20V
  • 2A强栅下拉
• 用于冗余关断的分离式栅极驱动电源输入（DRV8162、DRV8162L）
• 低失调电流检测放大器 （DRV8161）
  • 可调增益（5、10、20、40V/V）
• 灵活的PWM控制接口;2引脚PWM、1引脚PWM和独立PWM模式
• 13 级 VDS 过电流阈值
• 独立关断引脚 （nDRVOFF）
• 栅极驱动器软关断序列
• 集成保护功能
  • GVDD 欠压 （GVDDUV）
  • 自举欠压 （BST_UV）
  • MOSFET 过流保护 （VDS）
  • 射击穿透保护
  • 热关断 （OTSD）
  • 故障状态指示器 （nFAULT）
• 支持 3.3V 和 5V 逻辑输入

参数

方框图

‌一、核心产品概述‌

• ‌型号‌：DRV8161/DRV8162/DRV8162L（AEC-Q100认证，工业及汽车级）
• ‌功能‌：半桥栅极驱动器，集成自举二极管、电流检测放大器（DRV8161）及多重保护功能
• ‌关键特性‌：
  • ‌宽电压支持‌：GVDD供电8-20V（DRV8162L支持5V），MOSFET电源（VDRAIN）最高102V
  • ‌智能驱动架构‌：16级可调栅极电流（源极16mA-1A/灌极32mA-2A），支持1:1至1:3源灌比配置
  • ‌保护功能‌：GVDD/BST欠压锁定、VDS过流监测（13级阈值）、热关断（OTSD）、-20V负瞬态耐受
  • ‌控制模式‌：支持2-PIN PWM、1-PIN PWM及独立PWM模式（通过DT/MODE引脚配置）
  • ‌封装‌：20引脚VSSOP（5.1×4.9mm）

---

‌二、关键技术创新‌

1. ‌智能栅极驱动‌
   • 动态调整MOSFET开关速度，支持外部门极电阻替代
   • 可编程死区时间（20-900ns）及VGS监测模式
2. ‌安全冗余设计‌
   • DRV8162/DRV8162L支持双电源输入（GVDD/GVDD_LS），实现安全扭矩关断（STO）
3. ‌集成电流检测‌
   • DRV8161内置双向电流检测放大器（增益5/10/20/40V/V），支持低侧分流电阻测量

---

‌三、典型应用场景‌

• ‌工业机器人‌：协作机械臂、AGV驱动
• ‌电机控制‌：BLDC/PMSM/步进电机、伺服驱动器
• ‌消费电子‌：无人机、电动自行车/滑板车
• ‌特殊负载‌：电磁阀、开关磁阻电机（SRM）

---

‌四、电气特性与设计要点‌

‌参数‌	‌典型值‌	‌备注‌
工作温度范围	-40°C ~ 125°C	结温可达150°C
GVDD静态电流	2mA（12V无负载）	含电荷泵活动电流
自举二极管压降	0.82V@100mA	集成TCP缓解电压跌落
传播延迟	41ns（上升沿）	高低侧匹配误差±4ns
VDS过流响应时间	3μs（含消抖）	支持脉冲/直流模式检测

‌设计建议‌：

1. ‌布局优化‌
   • 缩短GH/SH/GL/SL走线，减少寄生电感
   • 自举电容（CBST≥1μF）需靠近BST-SH引脚
2. ‌保护配置‌
   • VDSLVL电阻设置过流阈值（0.1V-2V）
   • nFAULT引脚需外接10kΩ上拉电阻

---

‌五、保护机制对比‌

‌故障类型‌	‌响应动作‌	‌恢复条件‌
GVDD欠压	关闭所有驱动，nFAULT拉低	电压恢复至7.4V以上
VDS过流	立即关断MOSFET，故障锁存	INH/INL保持低电平>250μs
热关断（OTSD）	触发软关断序列	结温低于158°C（滞后8.5°C）