Atmel ATA6823：汽车应用中的高性能H桥栅极驱动器

在汽车应用领域，对于高功率电机的驱动需求日益增长。Atmel公司的ATA6823就是一款专门为满足这类需求而设计的H桥栅极驱动器，它集成了LIN收发器、看门狗和5V稳压器等功能，为汽车电机控制提供了全面的解决方案。

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一、ATA6823概述

ATA6823专为需要高功率电机的汽车应用而设计。它具备四个高电流栅极驱动器输出，能够以全桥配置驱动各种n沟道功率MOSFET。通过外部电容器的全集成电荷泵，为高端输出级提供栅极电压。同时，它支持高达20kBaud的低速LIN数据通信，符合LIN规范2.0，内置LIN收发器。在保护功能方面，它具备欠压/过压检测与关断、过温关断以及电机引线到电池电压和地的短路检测等功能，还通过硬件可设置死区时间调整来保证直通保护。

二、应用板介绍

2.1 应用板特点

• 接口丰富：设有用于连接LIN总线、电源输出和EN2唤醒的X1引脚头，以及微控制器接口X2引脚头。还有4mm香蕉插头用于连接电源BAT和GND。
• 电机配置灵活：板载直流电机，LED指示转动方向，同时提供Vias M+和M–用于连接可选直流电机，还可选择连接外部电机H桥。
• 控制选项多样：可通过外部微控制器（带或不带LIN总线）或直接使用DIR和PWM引脚控制电机。
• 其他功能：设有用于唤醒ATA6823的EN2按钮，以及用于选择VCC输出电压电平的VMODE跳线和选择不同看门狗电阻的RWD跳线，还配备用于直流电机电流测量的分流器。

2.2 启动检查

运行ATA6823应用板需要8V至18V的电源电压。在启动时，当VBAT电压为12.5V时，可测量到以下电压：VINT和引脚头VCC处为5V，VG电压为12.5V，电荷泵电压VRES为26.5V，电阻RWD（R6，JP1）处电压为1.2V，电荷泵电容（C13）电压为5V，电荷泵振荡器频率约为100kHz。若未向引脚WD施加看门狗信号，引脚/RESET将以约7Hz的频率振荡，且不提供看门狗则无法激活H桥。

2.3 外部H桥连接

应用板支持外部H桥连接，外部H桥可通过4mm香蕉插头PBAT_MOTOR和PGND_MOTOR供电，栅极驱动器和检测引脚可通过引脚头连接器X3获取。要在板载H桥和外部H桥之间切换，需将跳线JH2至JL1设置为1 - 2位置。

2.4 LIN模式

ATA6823默认作为从设备使用，根据LIN规范2.0，此时电阻R4并非必需。若要将其从从模式切换到主模式，需在R4位置插入1kΩ电阻，并在D3位置插入反向电池保护二极管。

2.5 微控制器集成

要运行H桥，需关注看门狗和节拍信号。可通过引脚头X2连接微控制器，该引脚头提供了电压供应VCC、LIN接口、看门狗、电机控制PWM和DIR、LIN收发器以及诊断引脚等连接选项，VCC电压电平可通过VMODE跳线选择。

2.6 电流分流器

板上的分流器R22用于监测H桥电流，其检测线AD0和PGND可连接到微控制器的AD转换器。

2.7 看门狗电阻RWD

跳线RWD的2 - 3位置选择标准看门狗电阻值R6（33kΩ），也可将跳线设置为1 - 2位置，通过电阻R5改变看门狗频率，可使用SMD（R5A）或有线（R5B）电阻。

三、应用提示

3.1 触发看门狗

要使ATA6823进入工作模式，需向引脚WD施加正确的触发信号。当(R6 = R_{WD} = 33kΩ)时，需要频率为70Hz的方波触发信号。若要调整电阻值，可参考ATA6823的数据手册。触发信号无集成去抖电路，在引脚WD上升沿切换，工作模式通过引脚/RESET的永久高电平显示。错误或缺失的触发脉冲会产生2ms的复位脉冲，VCC电压低于复位阈值会产生68ms的复位脉冲。

3.2 使能操作

上电后，ATA6823处于运行模式。引脚EN1的下降沿将设备切换到待机模式，可通过将LIN接地或将EN2切换到VBAT将其切换回运行模式。需注意，EN2可切换到VBAT，而EN1使用5V逻辑，切换到VBAT电平会损坏设备。

3.3 唤醒源识别

诊断引脚DG1有双重功能，在第一个看门狗脉冲之前，DG1显示唤醒源，高电平表示EN2是唤醒源，低电平表示LIN是唤醒源。

3.4 诊断引脚

ATA6823有三个诊断引脚用于检测错误。它没有短路关断或短路限制功能，短路由微控制器处理。输出开启时，监测有源MOSFET源极和漏极之间的电压，若电压高于4V，DG1将置高。电机桥切换后，检测监测会停用10µs，以避免浪涌或开关电流触发DG1警告。引脚PBAT的电源电压低于5.6V时，DG1会立即置高。DG2用于监测过压或欠压以及电荷泵电压，DG3用于检测过温，当DG2或DG3指示故障时，ATA6823将关闭电机桥。

3.5 电机桥关闭

当PWM信号置低时，两个高端MOSFET导通以减慢电机速度，巡航控制保证反向高端N - MOSFET上的反激电流。

3.6 浪涌电流

将电机负载立即切换到100%占空比会因浪涌电流导致电压下降，这取决于电源安装情况。ATA6823会根据电压下降情况检测短路，因此电源与应用板之间的短而合适的连接至关重要。在为大功率电机供电并限制其启动电流时，应使用PWM功能。

3.7 输出短路

需要考虑五种不同的短路情况，不同情况下通过不同的检测方式触发诊断引脚DG1或DG2，当检测到短路时，相应的输出开关会被关闭。

四、附加微控制器模块

为了激活ATA6823 H桥，需要WD和PWM信号，因此配备了组装有Atmel ATmega88的微控制器模块（ATA6823 - DK2 V1.0）。该模块可在5V和3.3V的数字电源电压下工作。

4.1 看门狗功能

模块生成约70Hz的触发信号，适用于默认看门狗电阻(R_{WD} = R6 = 33kΩ)的情况。

4.2 PWM功能

模块提供占空比从0%到100%的PWM信号，可通过速度电位器调节，示例程序的PWM频率为25kHz。

4.3 操作模式

模块有手动模式和自动斜坡模式两种操作模式。手动模式下，通过方向开关选择旋转方向，PWM频率由电位器调节；自动斜坡模式下，按下按钮Ramp1会生成三角形占空比的PWM曲线，按下按钮Ramp2可停止斜坡。

4.4 睡眠模式

按钮Ramp3用于将ATA6823切换到待机模式，此时微控制器不再供电。系统唤醒只能由ATA6823触发，LIN总线接地或按下按钮EN2可唤醒ATA6823，控制器重新供电并开始工作。

4.5 诊断功能

当诊断引脚DG1指示短路时，微控制器会立即关闭H桥，再次开启需通过按钮Ramp1解锁。DG2电压诊断也会导致栅极驱动器关闭，可通过按钮Ramp2释放。过温警告DG3会在显示屏上显示，H桥停止运行，温度下降后信号消失，H桥重新启动。

Atmel ATA6823以其丰富的功能和灵活的应用方式，为汽车高功率电机驱动提供了可靠的解决方案。电子工程师在设计相关应用时，可根据实际需求合理利用其各项特性，同时要注意各功能的操作细节和保护机制，以确保系统的稳定运行。你在实际应用中是否遇到过类似器件的使用难题呢？欢迎在评论区分享。