DRV8770：100 - V 有刷直流栅极驱动器深度解析

在电子设计领域，一款性能出色的栅极驱动器对于有刷直流电机驱动应用至关重要。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的 DRV8770——一款专为有刷直流电机驱动应用设计的栅极驱动器。

文件下载：drv8770.pdf

一、特性亮点

强大的驱动能力

DRV8770 是一款 100 - V H 桥栅极驱动器，能够驱动 N 沟道 MOSFET（NMOS）。其栅极驱动器电源（GVDD）范围为 5 - 20 V，MOSFET 电源（SHx）支持高达 100 V。采用自举栅极驱动架构，具有 750 - mA 源电流和 1.5 - A 灌电流，能够满足多种应用场景的需求。

灵活的输入支持

支持反相和同相 INLx 输入（QFN 封装），还能支持 3.3 - V 和 5 - V 逻辑输入，绝对最大电压为 20 V，4 - ns 典型传播延迟匹配，确保了系统的高效运行。

优秀的电源适应性

支持长达 15s 的电池供电应用，SHx 引脚的泄漏电流极低（<55 µA），绝对最大 BSTx 电压高达 115 - V，还能支持 SHx 引脚低至 - 22 V 的负瞬变。

可调节的死区时间

在 QFN 封装中，可通过 DT 引脚调节死区时间；TSSOP 封装则固定插入 200 ns 的死区时间，有效避免了上下桥臂同时导通的问题。

丰富的保护功能

集成了 BST 欠压锁定（BSTUV）和 GVDD 欠压（GVDDUV）等保护特性，提高了系统的可靠性。

二、应用领域广泛

DRV8770 的应用场景十分丰富，涵盖了电动自行车、电动滑板车和电动出行设备，以及无绳园林和电动工具、割草机、无绳吸尘器等消费类产品。此外，在无人机、机器人、遥控玩具以及工业和物流机器人等领域也有出色的表现。

三、规格参数详解

绝对最大额定值

各项引脚电压和温度都有明确的最大和最小值限制，例如 GVDD 引脚电压范围为 - 0.3 至 21.5 V，环境温度范围为 - 40 至 125 °C，结温范围为 - 40 至 150 °C 等。超出这些绝对最大额定值的应力可能会对器件造成永久性损坏。

ESD 评级

人体模型（HBM）为 ±1000 V，带电设备模型（CDM）为 ±250 V，在静电防护方面有一定的保障。

推荐工作条件

详细规定了电源电压、引脚电压、PWM 频率、电容值等参数的推荐范围，确保器件在最佳状态下工作。例如，GVDD 电源电压推荐范围为 5 至 20 V，PWM 频率推荐范围为 0 至 200 kHz 等。

热信息

不同封装的热阻参数有所不同，如 QFN 封装的结到环境热阻为 49.3 °C/W，TSSOP 封装为 97.4 °C/W。了解这些热信息对于散热设计至关重要。

电气特性

包括电源电流、引脚泄漏电流、逻辑输入电压、栅极驱动电压和电流、传播延迟、死区时间等参数的详细数据，为电路设计提供了精确的参考。

四、详细功能剖析

功能框图

从功能框图可以清晰地看到，DRV8770 集成了两个半桥栅极驱动器、输入逻辑控制、自举二极管等部分，通过合理的电路连接实现对 MOSFET 的驱动。

栅极驱动器

驱动能力

集成的两个半桥栅极驱动器能够分别驱动高侧和低侧 N 沟道功率 MOSFET，为电机提供稳定的驱动信号。

死区时间和交叉导通预防

通过插入死区时间和防止交叉导通的设计，避免了上下桥臂同时导通的危险情况，提高了系统的安全性和稳定性。

输入模式

在 QFN 封装中，MODE 引脚可选择 GLx 输出与 INLx 输入的同相或反相模式，增加了设计的灵活性。

保护电路

DRV8770 具备 BSTx 欠压和 GVDD 欠压保护功能。当出现欠压情况时，栅极驱动器会进入高阻态（Hi - Z），待电压恢复正常后自动恢复工作，有效保护了器件和系统。

五、应用设计指南

典型应用电路

在典型应用中，DRV8770 与外部电源、MOSFET、MCU 等组成完整的有刷直流电机驱动系统。通过合理配置各个元件的参数，可以实现对电机的精确控制。

设计步骤

电容选择

• 自举电容：需要根据允许的电压降、总电荷需求等因素来选择合适的电容值。一般建议选择比计算值更大的电容，以应对各种瞬态情况。
• GVDD 电容：应大于自举电容值，通常为自举电容值的 10 倍，同时要选择电压额定值至少为最大工作电压两倍的电容，以提高系统的长期可靠性。

  栅极电阻选择

  外部栅极电阻可以控制栅极电压的转换速率，限制栅极驱动器的峰值输出电流，还能抑制振铃和噪声。选择合适的栅极电阻需要综合考虑 MOSFET 的参数、系统电压和电路板寄生参数等因素，通常是一个迭代的过程。

六、布局与布线要点

布局示例

合理的布局可以有效减少电路中的寄生电感和电容，提高系统的性能。在布局时，应将低 ESR/ESL 电容靠近器件连接在 GVDD 和 GND 之间以及 BSTx 和 SHx 引脚之间，以支持外部 MOSFET 导通时从 GVDD 和 BSTx 引脚汲取的高峰值电流。

布线指南

• 最小化寄生电感：尽量减少 SHx 引脚、GHx 和 GLx 连接的寄生电感，缩短走线长度和减少过孔数量，推荐最小 10 mil 和典型 15 mil 的走线宽度。
• 降低电压瞬变：在高端 MOSFET 漏极和地之间连接低 ESR 电解电容和优质陶瓷电容，以防止高端 MOSFET 漏极出现大的电压瞬变。
• 优化 DT 电阻布局：将 DT 和 GND 之间的电阻尽可能靠近器件放置，确保死区时间的精确控制。

七、总结

DRV8770 凭借其强大的驱动能力、灵活的输入支持、丰富的保护功能和广泛的应用领域，成为有刷直流电机驱动应用的理想选择。在设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择元件参数，优化布局布线，以充分发挥 DRV8770 的性能优势。希望通过本文的介绍，能为广大电子工程师在使用 DRV8770 进行设计时提供有益的参考。你在使用 DRV8770 或类似栅极驱动器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。