‌STDRIVE102BH/H三半桥栅极驱动器技术解析与应用指南

STMicroelectronics STDRIVE102BH/H三半桥栅极驱动器设计用于三相无刷电机驱动。STDRIVE102BH/H具有非常高效的待机模式，可显著降低设备在不工作时的电流消耗，因此非常适合用于电池供电电机驱动器应用，如电动工具、真空吸尘器和小家电。

数据手册：*附件：STMicroelectronics STDRIVE102BH，H三半桥栅极驱动器数据手册.pdf

STDRIVE102BH/H具有嵌入式保护功能，提高了应用的整体稳健性。保护功能包括每个电源（VCC 、VDD 和电荷泵电压）的欠压锁定 (UVLO)、热关断，以及高侧和低侧MOSFET的VDS 监控。如果触发保护，则nFAULT开漏引脚将向事件发出信号。STMicro STDRIVE102BH还配备了一个专用开漏引脚 (FLAG)，用于指示栅极驱动器电源VCC 是否低于保护限值。该设备集成了智能关闭操作，可在发生故障时立即关断栅极驱动器的输出，最大限度地减少故障检测事件和实际输出关断之间的传播延迟。

除了主电源引脚(VS)外,STDRIVE102BH/H还具有专用引脚VM，应与高侧N沟道MOSFET的漏极相对应地连接到电机电源电压。VM引脚用于集成VDS监控，并用作电荷泵的参考电压。VS和VM引脚可在不同电压下工作，提高器件的灵活性。

特性

• 工作电压：6 V至50 V
• 栅极驱动器，可编程电流能力高达：
  • 拉电流：1 A
  • 灌电流：2 A
• 较高的地面和过冲抑制能力
• 用于100%占空比运行的电荷泵，具有专用欠压锁定保护功能
• 灵活的电源管理：
  • 12 V LDO线性稳压器，具有专用欠压闭锁保护功能
  • 3.3 V LDO线性稳压器，具有专用欠压闭锁保护功能
• 待机模式，功耗低于50nA
• 热关断保护
• VDS 监控，用于确保功率MOSFET安全驱动运行
• 灵活的模拟前端：
  • 多达三个宽带宽运算放大器
  • 多达三个高速比较器
• 双控制模式：
  • ENx/INx
  • 带联锁功能的INHx/INLX
• 所有通道均有相配的传播延迟
• 逻辑输入高达5V，兼容TTL

STDRIVE102BH 方框图

STDRIVE102H 方框图

STDRIVE102BH/H三半桥栅极驱动器技术解析与应用指南‌

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‌一、核心特性与典型应用‌

STDRIVE102BH/H是意法半导体推出的高集成度三半桥栅极驱动器，专为三相无刷电机驱动设计，具有以下突出特性：

• ‌宽电压范围‌：工作电压6-50V，支持1A源电流/2A灌电流的栅极驱动能力
• ‌智能电源管理‌：集成12V/3.3V LDO稳压器，待机功耗<50nA
• ‌自适应驱动‌：通过IGATE/TCC引脚可编程驱动电流（最高1A/2A）及开关时序
• ‌多重保护机制‌：VDS监控、热关断、电荷泵UVLO等多重保护
• ‌双控制模式‌：支持EN/IN使能输入模式与INH/INL直接控制模式

‌典型应用场景‌：

• 电池供电电动工具
• 工业自动化与机器人
• 电动自行车电机驱动
• 泵类及风扇驱动

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‌二、关键功能模块解析‌

‌1. 栅极驱动架构‌

• ‌驱动拓扑‌：三路独立半桥驱动器，每路支持高低边MOSFET驱动
• ‌无外置电阻设计‌：通过内部恒定电流源控制栅极充放电（省去外部栅极电阻）
• ‌时序控制‌：
  • 开通时间tcc,on=280-4800ns（通过TCC引脚配置）
  • 关断时间tcc,off=140-2400ns（与tcc,on保持1:2比例）

‌2. 电源管理系统‌

• ‌12V LDO‌：为低边驱动供电，输出电流限流85mA（典型值）
• ‌3.3V LDO‌：为模拟前端(AFE)供电，集成三个运放（STDRIVE102BH）
• ‌电荷泵‌：支持100%占空比工作，VBOOT=VM+VCC

‌3. 保护功能‌

• ‌VDS监控‌：实时检测MOSFET导通压降，阈值通过VDSTH引脚设置（0.05-3.3V）
• ‌热关断‌：结温>150℃时触发，恢复阈值135℃
• ‌软关断‌：故障时以1/4额定电流缓慢关断MOSFET（如IGATE=1000mA时软关断电流降为300mA）

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‌三、设计要点与配置示例‌

‌1. 栅极驱动参数计算‌

• ‌驱动电流选择‌：根据MOSFET栅极电荷Qg与目标开关时间tsw计算
  示例 ：Qg=120nC时，选择IGATE=350mA可实现tsw≈Qg/IGATE=343ns
• ‌死区时间管理‌：
  • EN/IN模式：自动死区=tcc,off
  • INH/INL模式：需外部控制信号插入死区（建议<1120ns）

‌2. 典型外围电路配置‌

参数	配置示例	作用说明
IGATE分压	R1=30kΩ, R2=15kΩ	设置驱动电流等级5（350mA）
TCC分压	R1=30kΩ, R2=7.5kΩ	设置tcc,on=840ns
VDS监控阈值	R1=220kΩ, R2=15kΩ	设定VDSTH=210mV
电荷泵电容	CFLY=220nF, CBOOT=1μF	维持高边驱动电压稳定

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‌四、PCB布局指南‌

1. ‌功率回路布局‌
   • 栅极驱动走线（GHSx/GLSx）与参考引脚（OUTx/SLSx）需平行布线，间距≤0.5mm
   • VM电源平面需覆盖驱动芯片下方区域，减少寄生电感
2. ‌接地策略‌
   • 分离功率地（连接EPAD）与信号地（AGND引脚）
   • 在芯片下方单点连接两地平面
3. ‌去耦电容布置‌
   • VCC引脚：4.7μF陶瓷电容+100nF贴片电容
   • VBOOT-VM：1μF陶瓷电容（耐压≥25V）
   • 每相桥臂：220nF陶瓷电容靠近MOSFET

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‌五、故障处理与调试‌

1. ‌常见故障模式‌
   • ‌VDS保护触发‌：检查MOSFET栅极连接、驱动电流是否足够
   • ‌电荷泵失效‌：测量VBOOT-VM电压（正常值≈VCC）
2. ‌保护释放方法‌
   • 拉低EN引脚至Vrelease(0.37V)持续400ns
   • 或进入待机模式（nSTBY=0）