DRV81646：四通道低边驱动器的技术亮点与应用指南

在电子设备的驱动电路设计中，一款性能优良的驱动器能极大提升系统的稳定性与效率。TI 公司推出的 DRV81646 四通道低边驱动器，凭借其丰富功能和广泛适用性，在多种应用场景中备受关注。今天就和大家详细聊聊这款驱动器。

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产品特性一览

多通道集成与高性能

DRV81646 集成了四个通道的低边开关，在 25°C 的条件下 (R_{DS(ON)}) 为 140mΩ，能有效降低导通损耗。其工作电源电压范围为 4.5V 至 65V（绝对最大 70V），可适应不同的电源环境。不仅如此，每个通道的电流限制可在 0.5A 到 4A 之间选择，还支持高达 500kHz 的快速 PWM 切换，能满足高速开关应用的需求。

灵活的接口设计

它提供了灵活的接口选项，硬件接口可通过独立通道 PWM 输入实现控制，而 SPI 接口则能减少高通道数设计中 GPIO 和隔离的开销，方便与微控制器等设备连接。

丰富的保护与诊断功能

该驱动器具备多种保护特性，如用户可设置的电流限制、每个通道独立的过温保护和过流保护等。还能配置过流截止延迟（COD），范围为 0.5ms - 2ms，进一步增强了对设备和负载的保护。其诊断反馈功能也十分出色，通过 MCU 故障中断信号（nFAULT）可及时发现故障，还能通过 SPI 获取每个通道的故障报告。

可配置的开关特性

输出转换速率可在 100ns - 1500ns 之间配置，适用于慢速和快速切换应用。同时，集成的续流二极管和可选的外部 TVS/齐纳二极管，可实现灵活的衰减模式，为不同负载类型提供了更多的电流路径选择。

典型应用场景

DRV81646 的应用范围十分广泛，常见于 PLC、分布式 I/O、现场设备、继电器和螺线管驱动以及纺织机械等领域。这些场景通常对驱动器的可靠性、稳定性和性能有较高要求，而 DRV81646 正好能满足这些需求。

产品详细解析

引脚配置与功能

DRV81646 有 20 引脚的 PWP 封装（HTSSOP）和 24 引脚的 DGQ 封装（HVSSOP）两种选择。不同封装的引脚功能有所差异，但主要包括电源与地引脚、控制引脚、输出引脚等。

• 电源与地引脚：如 VM 为电源引脚，需通过 0.1µF 陶瓷电容和足够的大容量电容旁路到 GND 引脚；VCLAMP 可连接到 VM 电源或通过齐纳二极管连接到 VM 电源或 GND，不能悬空。
• 控制引脚：ILIM 用于设置电流限制阈值，通过连接到 GND 的电阻来实现；RSLEW/CNTL 用于设置输出转换速率和控制接口；COD/INRUSH 可配置截止延迟或突入模式。
• 输出引脚：OUT1 - OUT4 分别连接到四个负载，可独立控制。

电气特性与参数

绝对最大额定值

明确了驱动器在各种条件下的最大承受能力，如电源电压、输出电压、峰值输出电流等，超出这些额定值可能会导致设备永久性损坏。

推荐工作条件

给出了在不同环境温度和负载条件下的推荐工作参数，如电源电压、输出电流等，按照这些条件使用能保证驱动器的性能和可靠性。

电气参数

涵盖了电源电流、输入输出电压、转换时间、导通电阻等多种参数，工程师可根据这些参数进行电路设计和性能评估。

功能特性详解

控制接口与转换速率

RSLEW/CNTL 引脚可通过外部电阻或微控制器 DAC 来设置输出转换速率和控制接口。在硬件模式和 SPI 模式下，不同的引脚电压对应不同的上升/下降时间和转换速率，且转换速率在不同的 VM 和 VLOAD 电压下较为稳定。

电流传感

每个 MOSFET 的源极通过 SRCx 引脚引出，可连接外部感测电阻来测量通道电流。不过要注意感测电阻两端的电压不能超过规定的最大值，同时要考虑电阻的功率耗散。

集成钳位二极管

每个输出都有一个集成的钳位二极管连接到 VCLAMP 引脚，VCLAMP 可连接到齐纳或 TVS 二极管，以实现不同的衰减模式，如慢速衰减、快速衰减等，满足不同负载的需求。

保护电路

• 模拟电流限制（ILIM）：可防止短路或电容性负载产生的大冲击电流。当输出电流超过 (I_{LIMACTIVATE}) 时，FET 栅极驱动电压会降低，将输出电流限制在 (I{LIM}) 水平。
• 截止延迟（COD）：可控制电流限制或过流情况的最长持续时间，通过连接到 COD/INRUSH 引脚的下拉电阻来设置。启用 COD 能显著降低平均功率耗散，减少系统发热。
• 突入模式（INRUSH）：在 10ms 的时间内提高电流限制，以支持电容性负载。通过将 COD/INRUSH 引脚悬空或连接大于等于 1MΩ 的下拉电阻来启用。
• 热关断（TSD）：每个功率 FET 附近都有一个热传感器，当通道温度过高时，相应的 FET 会被禁用，并通过 nFAULT 引脚发出信号。
• 欠压锁定（UVLO）：当 VM 引脚电压低于 (V{UVLO}) 时，设备所有电路将被禁用，直到电压上升到 (V{UVLO}) 上升阈值以上。

应用与设计要点

典型应用电路

DRV81646 的典型应用电路中，需要合理选择外部组件，如电容、电阻、TVS 二极管等。例如，在 VM 引脚需要连接电容进行电源滤波和浪涌平滑，在 RSLEW/CNTL、ILIM 等引脚需要连接下拉电阻进行参数设置。

连续电流能力

不同封装和环境温度下，每个通道的连续电流能力不同。同时，PWM 开关会引入开关损耗，导致平均电流能力显著降低，因此在设计时需要充分考虑负载类型和工作模式。

功率耗散

驱动器的功率耗散主要由输出 FET 的导通电阻决定，可通过公式 (P = R{DS(ON)} times [I{OUT}]^{2}) 进行估算。在启动和故障条件下，电流会比正常运行时高很多，需要考虑这些峰值电流和持续时间。此外，随着温度升高，(R_{DS(ON)}) 会增加，功率耗散也会相应增加，因此在设计散热片时需要考虑这一因素。

电源供应建议

合适的本地大容量电容是电机驱动系统设计中的重要因素，可根据负载功率、预期的电机电流变化和允许的电源电压变化来选择电容值。一般来说，每瓦负载功率需要至少 1μF 到 4μF 的电容。

布局设计要点

在 PCB 布局时，要尽量减小大电流路径的距离，使用宽金属走线和多个过孔来降低电感。VM 引脚需要使用低 ESR 陶瓷旁路电容旁路到 GND 引脚，且电容要尽量靠近 VM 引脚。同时，要将封装的热焊盘连接到系统地，使用大面积的连续接地平面来提高散热效果。

总结

DRV81646 是一款功能强大、性能优良的四通道低边驱动器，适用于多种应用场景。工程师在使用时，需要充分了解其特性、参数和设计要点，合理选择外部组件和进行 PCB 布局，以确保驱动器的性能和可靠性。在实际应用中，你是否遇到过类似驱动器的设计挑战呢？又有哪些独特的解决方案呢？欢迎在评论区分享交流。