汽车级八通道低侧继电器驱动器 NCV7240 详解

在汽车电子领域，对于多通道、高性能的低侧驱动器需求日益增长。NCV7240 系列产品，包括 NCV7240、NCV7240A 和 NCV7240B，就是这样一款能够满足多种汽车应用需求的八通道低侧继电器驱动器。下面我们就来详细了解一下这款产品。

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产品概述

NCV7240 是一款汽车级八通道低侧驱动器，每个通道的驱动能力高达 600 mA。它通过 SPI 端口进行输出控制，能方便地报告开路负载（或接地短路）、过载和过热等故障情况。此外，还可以通过 INx 引脚对输出进行并行控制（成对控制），专门的 limp - home 模式引脚（LHI）能使 OUT1 - OUT4 开启，同时关闭 OUT5 - OUT8。每个输出驱动器都具备过载电流保护功能，并为感性负载配备了输出钳位电路。该产品采用 SSOP - 24 熔合引脚封装。

产品特点

多通道与高驱动能力

• 八通道设计：提供八个独立的 600 mA 功率晶体管，可实现 8 个独立的低侧驱动，满足多个负载的驱动需求，为汽车电子系统中的多个部件提供稳定的驱动。
• 低导通电阻：RDS(on) 典型值为 1.5Ω，最大值为 3Ω，能有效降低功率损耗，提高系统效率。

灵活的控制方式

• SPI 控制：采用 16 位 SPI 控制，支持帧错误检测（8 位），还具备菊花链功能，方便与其他设备进行级联，实现更复杂的系统控制。
• 并行输入：设有并行输入引脚（INx），可用于 PWM 操作，增加了控制的灵活性。

多种工作模式与低功耗特性

• 多种模式可选：支持待机模式、输入模式、ON 模式和 OFF 模式等，且每个通道可通过 SPI 独立选择，满足不同的应用场景需求。
• 低静态电流：在睡眠和待机模式下具有低静态电流，有助于降低系统功耗，延长电池使用寿命。

故障保护与诊断功能

• 故障报告：能够实时报告开路负载、过载和过热等故障情况，便于及时发现和解决问题。
• 独立保护：每个输出驱动器都有独立的热传感器，当检测到过热事件时，相应通道会被锁定关闭，不影响其他通道的正常运行。

电源兼容性与复位功能

• 电源兼容：数字输入电源范围兼容 3.3 V 和 5 V，方便与不同的逻辑系统接口。
• 上电复位：VDD 和 VDDA 都具备独立的上电复位功能，确保系统在启动时处于稳定状态。

应用领域

汽车车身控制单元

可用于控制汽车车身的各种电器设备，如车灯、门锁、雨刮器等，提供稳定可靠的驱动。

汽车发动机控制单元

为发动机相关的执行器提供驱动，保证发动机的正常运行。

继电器驱动

能够驱动继电器，实现电路的通断控制。

LED 驱动

通过其独特的上电功能，避免 LED 负载在启动时意外点亮，适用于汽车照明系统。

步进电机驱动

每个 NCV7240 设备可驱动两个步进电机，满足汽车中步进电机的控制需求。

引脚描述

NCV7240 采用 SSOP - 24 封装，各引脚功能如下：

• GND（引脚 1、2、11、12）：接地引脚，为系统提供参考电位。
• OUTx（引脚 3 - 10）：通道 x 的低侧驱动输出引脚，每个输出需要外部上拉设备才能正常工作。
• VDD（引脚 13）：SO 输出的数字电源，支持 3.3 V 或 5 V。
• INx（引脚 14 - 17）：用于并行控制 OUTx 输出，若不使用，接地可获得最佳 EMI 性能，也可保持开路，内部下拉电阻会将输入拉低。
• LHI（引脚 18）：limp - home 模式输入引脚，高电平有效，可控制 OUT1 - OUT4 开启，同时关闭 OUT5 - OUT8。
• SO（引脚 19）：SPI 串行数据输出引脚，输出高电压电平参考 VDD 引脚。
• SCLK（引脚 20）：SPI 时钟引脚，带有 120 kΩ 下拉电阻。
• EN（引脚 21）：全局使能引脚，高电平有效，带有 120 kΩ 下拉电阻。
• SI（引脚 22）：SPI 串行数据输入引脚，带有 120 kΩ 下拉电阻。
• CSB（引脚 23）：SPI 芯片选择引脚，带有 120 kΩ 上拉电阻到 VDD。
• VDDA（引脚 24）：模拟电源输入引脚，电压为 5 V。

电气特性

电源电流

在不同的工作模式和温度条件下，VDD 和 VDDA 的工作电流和静态电流有所不同。例如，在 ON 模式下，VDDA 的工作电流典型值为 5 mA，VDD 的工作电流典型值为 0.5 mA；在全局待机模式下，不同温度下的静态电流也有相应的规定。

上电复位阈值

VDD 和 VDDA 都有各自的上电复位阈值和滞后值，确保系统在电源电压达到一定值时正确复位。

输出驱动器特性

• RDS(on)：输出晶体管的导通电阻，典型值为 1.5Ω，最大值为 3Ω。
• 过载检测电流：最小为 0.6 A，最大为 1.3 A，当检测到过载时，驱动器会关闭并锁定。
• 输出漏电流：在不同的电压和温度条件下有不同的规定。
• 输出钳位电压：范围在 36 V 到 44 V 之间，能有效保护输出驱动器。

详细操作说明

电源输出控制

设备上电并通过 EN 引脚使能后，每个输出驱动器可通过数字 SPI 端口进行控制。通过 SPI 可独立选择每个通道的工作模式，包括待机模式、输入模式、ON 模式和 OFF 模式等。

故障清除与检测

故障可以通过 SPI 输入寄存器（命令 00）或上电复位来清除。故障检测实时进行，在输出开启和已开启状态下都能进行检测。

Limp - home 模式与 PWM 操作

• Limp - home 模式：当 LHI 引脚为高电平时，进入 limp - home 模式，OUT1 - OUT4 由 IN1 - IN4 控制，OUT5 - OUT8 关闭。在此模式下，过载和过热检测功能仍正常工作，但输入 SPI 命令会被忽略，驱动器关闭后需通过切换 LHI 或 VDDA 的上电复位来重新启动。
• PWM 操作：可利用并行输入（INx）进行脉冲宽度调制，通过 SPI 命令（命令 01）将输出引脚（OUTx）与 INx 引脚配合使用。在 PWM 操作过程中发生的故障必须通过 SPI 端口清除。

  输出驱动钳位

  内部的齐纳二极管（Z1 和 Z2）可保护输出驱动晶体管免受感性负载关断时产生的反激能量影响，输出钳位电压在 36 V 到 44 V 之间。

  过热与热关断

  每个输出驱动器附近都有独立的热传感器，当检测到过热事件时，相应通道会被锁定关闭，热关断检测阈值典型值为 175°C，滞后值为 25°C。

  开路负载检测

  通过开路负载检测阈值电压（Vol）和对应的开路负载诊断吸收电流（Iol）来实现每个输出的开路负载检测。检测在驱动器关闭、LHI 模式或 OFF 模式（命令 11）下有效。

SPI 接口与编程

SPI 接口

NCV7240 提供 16 位 SPI 接口，用于输出驱动控制和故障报告。数据通过 SI 引脚输入，通过 SO 引脚输出。输入帧（SI）用于命令输出级，响应帧（SO）提供通道特定的状态信息和故障报告。

寄存器

• 输入寄存器：用于控制 IC 模式状态和输出驱动器状态。
• 输出寄存器：提供输出驱动器状态的诊断信息。

  故障寄存器清除

  寄存器在以下条件下复位：通道处于待机模式、VDD 上电复位、VDDA 上电复位、EN 引脚为低电平、从 Limp - home 模式退出。

  帧检测与传输错误

• 帧检测：通过帧一致性检查评估输入字（SI）的完整性，确保输入字长度为 8 位的整数倍（最小 16 位），支持与 8 位 SPI 设备的菊花链操作。
• 传输错误（TER）：当 CSB 引脚变低后，检测传输的位数，若不是 8 的倍数（最小 16 位），TER 位会报告故障。TER 位可通过发送有效的 SPI 命令清除。

连接方式

菊花链设置

NCV7240 支持菊花链连接，与其他 16 位设备使用类似的 SPI 协议。在连接时，需注意 CSB 引脚从高到低转换时，SO 引脚输出的前 16 位为故障输出寄存器的诊断数据，后续还需输入额外的编程位。

8 位设备兼容性

由于帧检测电路的特性，NCV7240 也与 8 位设备兼容。内部位计数器在 CSB 引脚变低时开始计数，第一个有效字为 16 位，后续字为 8 位。

并行连接

通过并行连接多个 SPI 兼容设备，可实现更高效的控制。每个设备通过各自的 CSB 引脚进行激活，串行数据仅被激活的设备识别。

步进电机驱动

NCV7240 可用于驱动步进电机，每个设备可驱动两个步进电机。对于单极步进电机，按照特定的代码进行操作，可实现顺时针或逆时针旋转。在操作过程中，OUTx 引脚会出现类似特定波形的信号。

总结

NCV7240 系列产品以其多通道、高驱动能力、灵活的控制方式、完善的故障保护和诊断功能，以及良好的电源兼容性，在汽车电子领域具有广泛的应用前景。无论是汽车车身控制单元、发动机控制单元，还是继电器、LED 和步进电机驱动等应用，NCV7240 都能提供稳定可靠的解决方案。电子工程师在设计汽车电子系统时，可以充分考虑这款产品的优势，以满足系统的性能和可靠性要求。

大家在使用 NCV7240 过程中遇到过哪些问题呢？或者对其应用有什么独特的见解，欢迎在评论区分享交流。