RENESAS HIP4086/HIP4086A：3相MOSFET驱动芯片的深度解析

在电机驱动领域，一款性能卓越的MOSFET驱动芯片对于系统的稳定运行和高效性能至关重要。RENESAS的HIP4086和HIP4086A（以下简称HIP4086/A）就是这样两款值得关注的3相N沟道MOSFET驱动芯片，它们专为PWM电机控制而设计，具有诸多出色的特性。

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产品概述

HIP4086/A是3相N沟道MOSFET驱动芯片，主要用于PWM电机控制。它们具有灵活的输入协议，能驱动各种开关组合，甚至在开关磁阻应用中，用户还可覆盖直通保护功能。这两款芯片的可编程死区时间范围为0.5µs至4.5µs，非常适合电机驱动常用的低频（最高100kHz）应用。HIP4086和HIP4086A的主要区别在于，HIP4086A内置的电荷泵被禁用，这在对EMI性能要求极高的应用中非常有用，因为电荷泵工作频率为10MHz。而HIP4086的优势在于其内置电荷泵能让高端驱动器实现无限长的导通时间。

特性亮点

独立驱动能力

能够独立驱动3相桥配置中的6个N沟道MOSFET，为电机驱动提供了强大的支持。

宽电压范围

自举电源最大电压可达95VDC，偏置电源范围为7V至15V，适应多种不同的电源环境。

大电流输出

具有1.25A的峰值关断电流，能快速可靠地关断MOSFET。

可编程功能

• 死区时间：用户可根据实际需求设置死区时间，范围为0.5µs至4.5µs，有效防止上下桥臂直通。
• 自举刷新时间：可通过外部电容调整自举刷新脉冲的长度，确保高端驱动器的偏置电压稳定。
• 欠压设定点：欠压设定点可编程，范围从6.6V到8.5V，增强了系统的稳定性和可靠性。

  快速响应

  能够驱动1000pF负载，典型上升时间为20ns，下降时间为10ns，保证了快速的开关响应。

应用领域

HIP4086/A适用于多种电机驱动应用，包括无刷电机（BLDC）、3相交流电机、开关磁阻电机驱动器、电池供电车辆和电池供电工具等。

技术细节剖析

引脚配置与功能

芯片采用24引脚的PDIP和SOIC封装，各引脚具有特定的功能：

• 高端偏置连接引脚（AHB、BHB、CHB）：每个引脚需要一个外部自举二极管和一个电容，用于为高端驱动器提供偏置电压。
• 高端源极连接引脚（AHS、BHS、CHS）：连接高端功率MOSFET的源极，同时也是自举电容的负极连接点。
• 高端逻辑电平输入引脚（AHI、BHI、CHI）：控制高端输出驱动器，逻辑电平与输出状态相反。在未禁用死区时间时，各相的低端输入会覆盖相应的高端输入。
• 低端逻辑电平输入引脚（ALI、BLI、CLI）：控制低端输出驱动器，当高端输入接地时，低端输入可同时控制高低端驱动器，死区时间由RDEL引脚的电阻设置。
• 其他引脚：如VSS为接地引脚，RDEL用于设置死区时间，UVLO用于设置欠压设定点，RFSH用于设置刷新脉冲，DIS用于禁用输出等。

真值表

通过真值表可以清晰地了解输入信号与输出信号之间的逻辑关系，确保芯片的正确使用。例如，当DIS引脚为高电平时，所有六个输出均为低电平，且DIS高电平会覆盖其他所有输入。

电气特性

• 直流电气特性：包括电源电流、高端偏置电流、电荷泵输出电压和电流、欠压保护阈值等参数，这些参数在不同的温度和工作条件下有明确的规定，为电路设计提供了重要参考。
• 交流电气特性：如死区时间、传播延迟、上升时间和下降时间等，这些特性影响着芯片的动态性能，对于高速开关应用尤为重要。

应用设计要点

自举电容选择

自举电容的选择不仅要考虑为高端驱动器提供内部偏置电流，更重要的是要能为被驱动的FET提供足够的栅极电荷，同时避免自举电压过度下降。通过相关公式和参数计算，可以确定合适的自举电容值。例如，在无电荷泵的情况下，根据特定的电压降要求，计算出所需的自举电容值；而在HIP4086中，由于电荷泵的存在，所需的自举电容值更小，且对周期时长没有限制。

典型应用电路

在典型应用电路中，可通过在xHO输出和FET栅极之间添加串联电阻来降低桥FET的开关速度。同时，建议在低端FET上使用栅源电阻，以防止在桥电压先于VDD施加时桥的意外导通。而高端FET上通常不需要栅源电阻，但如果使用较小的栅源电阻，要注意会影响HIP4086电荷泵的性能。

负瞬态处理

在高端桥FET关断时，xHS引脚会出现负瞬态，其绝对最大允许瞬态为 -6V，应尽量降低其幅值。可通过减慢桥FET的关断速度、优化PCB设计或采用二极管钳位等方法来减小负瞬态的影响。

PCB布局指南

为了实现HIP4086/A的最佳性能，PCB布局至关重要。建议将驱动器尽可能靠近被驱动的功率FET，缩短功率回路，避免高di/dt和dv/dt节点与低电平信号线路平行，使用低电感元件和去耦电容等。

总结

RENESAS的HIP4086和HIP4086A是两款功能强大、性能出色的3相MOSFET驱动芯片，适用于多种电机驱动应用。通过深入了解其特性、引脚功能、电气特性和应用设计要点，电子工程师可以更好地将其应用于实际项目中，提高系统的性能和可靠性。在实际设计过程中，你是否遇到过类似芯片应用的挑战？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。