L99H92汽车级H桥栅极驱动器技术深度解析与应用实践

描述

STMicroelectronics AEK-MOT-WINH92评估板设计用于提升基于L99H92栅极驱动器和外部MCU的直流板驱动器。该板配置为可与单个H桥(用于双向直流电机)或两个独立半桥(用于两个单向直流电机)配合使用。AEK-MOT-WINH92板具有可调增益,可防夹并满足任何车窗工作条件。这款紧凑尺寸板可利用单独的专用连接器轻松连接到任何微控制器,进行SPI通信。 AEK-MOT-WINH92板还具有三种诊断功能,可在器件处于关断状态时检测潜在的接地短路、电池短路和开路负载状况。

数据手册:*附件:STMicroelectronics AEK-MOT-WINH92 评估板数据手册.pdf

特性

  • 高达50A电机驱动
  • 通过可编程增益电流检测实现防夹检测
  • 直列、低侧和高侧电流检测选项
  • 诊断引脚,在发生故障时提醒微控制器,避免通过SPI进行循环按需故障检查,从而确保及时干预
  • 反向电池保护专用电路
  • 元件数量少
  • 设有L99H92半桥栅极驱动器,用于直流汽车应用
  • 故障检测功能:
    • 开路负载、接地短路和电池短路情况
    • 过热警告和过热关断
    • 欠压/过压保护
    • 过流保护
  • 紧凑尺寸:103mm x 80mm
  • 属于汽车开发工具生态系统

示意图

mcu

L99H92汽车级H桥栅极驱动器技术深度解析与应用实践

一、产品架构与技术特性

核心组件定位
AEK-MOT-WINH92评估板基于L99H92 H桥栅极驱动器设计,专门针对汽车直流电机控制场景。该板卡采用模块化架构,通过外部MOSFET支持最高‌50A电机驱动能力‌,板载尺寸优化至103mm×80mm,完美适配汽车电子空间约束需求。

三重电流检测机制

  • 在线电流检测‌:直接串联在电机回路中
  • 低侧电流检测‌:通过分流电阻监测MOSFET源极电流
  • 高侧电流检测‌:集成专业电流传感芯片(TSC103IYPT)
    此项创新设计突破了传统依赖电机编码器的防夹算法局限,为高级防夹算法开发提供了多维度数据支撑。

二、安全保护系统架构

多重故障诊断体系

  • 电气故障检测‌:开路负载、对地短路、对电池短路
  • 热管理保护‌:温度预警和过温关断双级保护
  • 电源监控‌:欠压/过压保护机制
  • 过流保护‌:实时监控负载电流状态

智能诊断接口
DIAG诊断引脚实现‌异步故障上报机制‌,当检测到异常条件时立即通知外部MCU,避免了通过SPI周期性查询造成的响应延迟,显著提升系统安全等级。板载故障安全按钮(FSINB)为开发阶段系统调试提供便利。

三、电路拓扑与配置模式

双工作模式支持

  1. 全桥配置‌:单H桥驱动双向直流电机
  2. 双半桥配置‌:两个独立半桥驱动两个单向直流电机

核心电路特征

  • 反向电池保护专用电路,防止电源极性反接损坏
  • 四个外部MOSFET(STL285N4F7AG)构成功率输出级
  • 可编程增益电流传感,适应不同车窗运行条件
  • 支持可配置时间窗口的看门狗定时器,满足高安全等级系统需求

四、开发生态集成

AutoDevKit生态系统兼容
评估板深度集成ST AutoDevKit生态,提供完整的软件支持包:

SPC58微控制器演示程序

  • SPC582Bxx_RLA - AEK_MOT_WINH92测试应用(发现模式)
  • SPC584Bxx_RLA - AEK_MOT_WINH92测试应用(发现模式)
  • SPC58ECxx_RLA - AEK_MOT_WINH92全桥测试应用
  • SPC58ECxx_RLA - AEK_MOT_WINH92双半桥测试应用
  • SPC58xNxx_RLA - AEK_MOT_WINH92测试应用
  • SPC58ECxx_RLA - AEK_MOT_WINH92车窗升降测试应用

五、系统应用优势

性能优化特性

  • 灵活的电流感知‌:支持多种防夹算法开发工具
  • 紧凑布局设计‌:独立连接器分别处理SPI通信、电流传感和基本电机命令
  • 实时保护机制‌:故障发生时确保及时干预
  • 扩展性支持‌:适用于车窗升降、天窗控制等多种汽车机电应用

技术发展趋势
该设计方案代表了汽车市场的技术演进方向,推动车窗升降应用向无编码器防夹机制发展,通过三种不同类型的电流传感技术实现精确的力矩检测和障碍物识别。

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