‌DRV8143-Q1 汽车级半桥驱动器技术手册总结

DRV814x-Q1 系列器件是一款完全集成的半桥驱动器，适用于各种汽车应用。该单片系列器件采用BiCMOS高功率工艺技术节点设计，采用电源封装，具有出色的功率处理和热能力，同时提供紧凑的封装尺寸、易于布局、EMI控制、精确的电流检测、稳健性和诊断功能。该系列提供相同的引脚功能，具有可扩展的 RON（电流能力），以支持不同的负载。

这些器件集成了N沟道半桥、电荷泵稳压器、带稳压功能的高侧电流检测、电流比例输出和保护电路。提供低功耗睡眠模式以实现低静态电流。这些器件提供电压监控和负载诊断，以及针对过流和过温的保护功能。故障情况在nFAULT引脚上指示。DRV8143和DRV8145提供三种变体 - 硬连线接口：硬件 （H） 和两种 SPI 接口变体：SPI（P） 和 SPI（S），其中 SPI （P） 用于外部供电逻辑电源，SPI （S） 用于内部生成的逻辑电源。DRV8144仅提供两种型号：SPI（S） 和 HW（H）。SPI 接口变体在器件配置和故障可观察性方面提供了更大的灵活性。
*附件：drv8143-q1.pdf

特性

• 符合 AEC-Q100 标准，适用于汽车应用：
  • 温度等级 1：–40°C 至 +125°C，TA
• 功能安全功能
  • 可用于帮助功能安全系统设计的文档
• 4.5V 至 35V （40V abs. max） 工作范围
• 采用 VQFN-HR 封装的 SPI（S） 或 HW（H） 型号：RON_LS + RON_HS：42mΩ
• 采用HVSSOP封装的SPI（P）型号：RON_LS + RON_HS：49mΩ
• IOUT 最大值 = 20A
• PWM 频率作高达 125KHz，具有自动死区时间断言
• 可配置的压摆率和扩频时钟，实现低电磁干扰 （EMI）
• 集成电流检测（消除分流电阻）
• IPROPI 引脚上的比例负载电流输出
• 可配置的电流调节
• 具有可配置故障反应（锁存或重试）的保护和诊断功能
  • 关断状态和导通状态下的负载诊断，以检测开路负载和短路
  • 电源 （VM） 和电荷泵 （VCP） 上的电压监控
  • 过流保护
  • 过温保护
  • nFAULT引脚上的故障指示
• 支持 3.3V、5V 逻辑输入
• 低睡眠电流 - 25°C 时典型值 1μA
• 器件系列对比表

参数

方框图

‌1. 产品概述‌

• ‌型号‌：DRV8143-Q1，AEC-Q100认证的汽车级半桥驱动器，集成电流检测与诊断功能。
• ‌版本‌：SLVSG63A（2023年1月发布，2024年3月修订）。
• ‌核心特性‌：
  • ‌宽电压范围‌：4.5V至35V工作电压（40V绝对最大值）。
  • ‌高电流能力‌：最大输出电流20A（HVSSOP封装）或16A（VQFN-HR封装）。
  • ‌集成电流检测‌：无需外置检流电阻，通过IPROPI引脚输出比例电流信号。
  • ‌灵活控制接口‌：支持硬件（HW）和SPI两种配置方式，SPI版本提供更丰富的诊断和配置选项。
  • ‌保护功能‌：过流保护（OCP）、过热保护（TSD）、欠压锁定（UVLO）等。
  • ‌低功耗模式‌：睡眠模式下静态电流低至1μA（典型值）。

‌2. 关键参数‌

• ‌导通电阻‌：
  • HVSSOP封装：高边+低边合计49mΩ（25°C）。
  • VQFN-HR封装：高边+低边合计42mΩ（25°C）。
• ‌PWM频率‌：最高125kHz，支持自动死区时间控制。
• ‌电流检测增益‌：IPROPI引脚输出电流与负载电流比例约为1:3000至1:3050。

‌3. 功能亮点‌

• ‌电流检测与调节‌：
  • 通过IPROPI引脚输出比例电流，支持外部ADC测量。
  • 可配置的ITRIP电流限制功能，支持固定关断时间（TOFF）调节。
• ‌控制模式‌：
  • ‌ 硬件模式（HW） ‌：通过引脚配置关键参数（如ITRIP、SR、DIAG）。
  • ‌SPI模式‌：支持灵活配置和详细诊断反馈，包括故障日志和寄存器访问。
• ‌保护机制‌：
  • ‌ 过流保护（OCP） ‌：可配置阈值和滤波时间。
  • ‌ 过热保护（TSD） ‌：阈值155°C（典型值），带30°C迟滞。
  • ‌电压监控‌：支持VM过压和欠压检测。

‌4. 典型应用‌

• ‌场景‌：
  • 汽车刷式直流电机（如门模块、座椅模块）。
  • 电磁阀、燃油/水泵。
  • 车身控制模块（BCM）。
• ‌设计要点‌：
  • 需外接0.1μF陶瓷电容（VM引脚）和1μF电容（VCP引脚）。
  • 布局时需注意散热设计（HVSSOP封装热阻31°C/W，VQFN-HR封装48.4°C/W）。

‌5. 保护与诊断‌

• ‌故障指示‌：通过nFAULT引脚输出低电平信号。
• ‌诊断功能‌：
  • ‌ 离线诊断（OLP） ‌：检测输出开路或短路。
  • ‌ 在线诊断（OLA） ‌：SPI版本支持高边负载开路检测。
• ‌故障反应‌：可配置为锁存或自动重试模式。

‌6. 封装与型号对比‌

• ‌封装选项‌：
  • HVSSOP（28引脚）：3mm × 7.3mm，适合高电流应用。
  • VQFN-HR（14引脚）：3mm × 4.5mm，紧凑设计。
• ‌型号差异‌：
  • DRV8143-Q1：20A峰值电流。
  • DRV8144-Q1：30A峰值电流（仅SPI/HW版本）。
  • DRV8145-Q1：46A峰值电流。

‌7. 设计注意事项‌

• ‌热管理‌：需计算导通损耗（P=I²RDS(ON)）和开关损耗。
• ‌EMI控制‌：支持可配置的压摆率（SR）和扩频时钟（SSC）。
• ‌SPI通信‌：最高5MHz时钟频率，支持16位数据帧。