汽车与工业运动控制的得力助手：NCV7703C三半桥驱动器

在汽车和工业运动控制领域，一款性能卓越、功能丰富的驱动器至关重要。今天，我们就来深入了解一下安森美（onsemi）的NCV7703C三半桥驱动器，看看它如何为运动控制应用带来新的可能。

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一、产品概述

NCV7703C是一款专为汽车和工业运动控制应用设计的全保护三半桥驱动器。它的三个半桥驱动器可独立控制，支持高端、低端和H桥控制模式。H桥控制模式能实现电机的正转、反转、制动和高阻抗状态（当EN = 0时）。该驱动器通过标准的串行外设接口（SPI）进行控制，具备诸多出色的特性。

二、产品特性亮点

超低静态电流

在睡眠模式下，VS和VCC的静态电流低至1 pA，这对于需要长时间待机或对功耗敏感的应用来说，无疑是一大优势。

强大的驱动能力

它配备3个高端和3个低端驱动器，连接成半桥形式，内部还集成了续流二极管，可配置为H桥驱动器。驱动器的典型电流为500 mA，最大可达1.1 A，导通电阻RDS(on)典型值为0.8 Ω，最大值为1.7 Ω，能够满足多种负载需求。

高速SPI控制

支持5 MHz的SPI控制，并且具备菊花链功能，方便在多个驱动器级联的应用中使用，提高系统的扩展性。

广泛的系统兼容性

兼容5 V和3.3 V系统，增强了其在不同系统中的适用性。

多重保护功能

具备过压和欠压锁定、故障报告、1.45 A过流阈值检测、3 A电流限制和直通尝试检测、过温警告和保护等功能，能有效保护驱动器和负载，提高系统的可靠性。

良好的热性能

采用SOIC - 14封装，内部引脚熔断设计有助于提升热性能，同时还具备高达6 kV的ESD保护能力，并且是无铅器件，符合环保要求。

三、电气特性详解

供电电流

在不同的工作条件下，VS和VCC的供电电流有所不同。例如，当VS = 13.2 V，OUTx = 0 V，0 V < VCC < 5.25 V，TJ = -40°C至85°C，EN = SI = SCLK = 0 V，CSB = VCC时，VS的供电电流有特定的范围；而当EN = VCC，5.5 V < VS < 35 V时，VS的典型供电电流为2.0 mA，最大为4.0 mA。VCC的供电电流在不同条件下也有相应的数值。

阈值检测

包括VCC上电复位阈值、VS欠压检测和过压检测等。VCC上电复位阈值典型值为2.55 V，最大值为2.90 V；VS欠压检测的迟滞值典型为4.1 V，过压检测阈值典型为36.5 V。

输出特性

输出RDS(on)（源极）在不同负载和电压条件下有不同的数值，例如当lout = 500 mA时，RDS(on)典型值为1.7 Ω。此外，还有灌电流泄漏等特性。

过流和电流限制

过流关断阈值分为高端（OUTHx）和低端（OUTLx），分别有不同的数值。电流限制也同样分为高端和低端，能有效保护驱动器和负载。

逻辑输出和时序规格

逻辑输出（SO）有特定的高电平输出特性，时序规格包括过流延迟时间、高端关断时间、低端导通时间等，这些参数对于系统的稳定性和响应速度至关重要。

四、SPI通信机制

帧检测

NCV7703C采用标准的16位通信方式来控制驱动器的开关和报告故障。通过帧一致性检查来评估输入字的完整性，确保数据的正确传输和处理，同时支持菊花链操作。

通信流程

1. CSB引脚拉低，使能帧长度检测器，允许串行数据传输。
2. 通过SCLK将16位字时钟输入到SI引脚。在CSB上升沿时，SCLK必须为低电平，有效帧检测会清除故障寄存器，现有故障在故障过滤时间后重新锁存。
3. CSB引脚拉高，将时钟输入的信息传输到数据寄存器。需要注意的是，当CSB为高电平时，SO引脚为三态。

编程和诊断位

表1详细定义了编程位和诊断位，通过这些位可以实现对驱动器的各种控制和故障检测。

五、详细操作描述

电源上下电控制

芯片内置欠压锁定电路，可防止输出驱动器意外开启。VCC和VS会被监测欠压情况，确保平滑的开机过渡。所有驱动器初始化为关断（高阻抗）状态，在VCC或VS欠压时保持关断。一旦VCC超过上电复位阈值，无论VS电压如何，SPI通信都可以开始，但VS欠压时驱动器仍保持关断。VCC和VS电路的迟滞特性可确保在电源上下电过程中无干扰运行。

过压关断

过压锁定电路会监测VS引脚的电压。通过SPI输入位15可以选择对过压情况的响应。当VS出现过压情况时，PSF输出位15会置位。如果输入位15（OVLO）设置为“1”，则在过压时所有输出将关断，当输入电压恢复正常时，编程的输出将重新开启。PSF输出位可通过SRR = 1复位。

H桥驱动器配置

NCV7703C可以灵活地独立控制每个半桥驱动器，实现高端、低端和H桥控制，提供正转、反转、制动和高阻抗状态。

过压钳位

每个输出通过内部续流二极管内部钳位到地和VS。在驱动感性负载时，电感的反激事件会使输出电压升高，当电压超过VS一个二极管电压时，电感中的能量会通过二极管耗散到VS。如果系统中使用了反向电池二极管，需要确保电源电容足够大，以抑制通过体二极管的电流引起的VS电压升高，使其低于40 V。当驱动感性负载的高端驱动器关断时，会出现负瞬态，这将通过内部二极管从输出引脚（OUT1或OUT2）钳位到IC地。

电流限制

每个驱动器的OUTx电流会根据电流限制电气参数进行限制。在VCC = 5 V和Vs = 13.2 V时，电流的最小规格为2 A。在电流限制期间，输出通过热关断和过流检测关断功能进行高功率保护。过流检测关断阈值低于电流限制阈值，可在电流限制时保护器件。过流检测关断控制定时器在过流关断阈值时启动，在达到电流限制之前开始计时。需要注意的是，高电流会导致芯片温度升高，如果芯片温度超过热关断温度，器件将无法开启。

直通尝试检测

NCV7703C能够检测同一通道的公共驱动器（如OUTL1&OUTH1、OUTL2&OUTH2、OUTL3&OUTH3）同时开启的尝试。如果允许这种情况发生，会导致从VS到GND的高电流事件。任何此类尝试都会记录在输出数据的第12位，并强制公共高端和低端驱动器关断。STA输出位可通过SRR = 1复位，在受影响的驱动器能够开启之前，必须清除STA位。

过流关断

当过流关断阈值在过流关断延迟时间内被突破时，受影响的输出将关断，相应的OCDR状态位将置为“1”，驱动器将锁存关断。只有通过SPI端口发送包含SRR = 1的SPI命令才能重新开启驱动器。同样，高电流会导致芯片温度升高，如果芯片温度超过热关断温度，器件将无法开启。

欠载检测

欠载检测电路会监测每个输出驱动器的电流。驱动器开启时需要最小负载电流（即最大开路检测阈值）。如果连续检测到欠载检测阈值超过欠载延迟时间，ULDR位（输出位#14）将置为“1”。如果输入位14（ULDSD）设置为1（真），则违规的驱动器将锁存关断。NCV7703C使用全局欠载定时器，欠载情况会启动该定时器。如果在全局定时器启动后另一个通道出现欠载，后续欠载的延迟时间将是初始启动定时器的剩余时间。定时器在任何持续的欠载情况下持续运行，会影响多欠载情况。欠载检测位可通过设置输入数据位0，SRR = 1复位。

热关断

芯片具有三个独立的热关断电路（每个HS和LS晶体管对有一个公共传感器）。每个传感器有两个温度级别：级别1，热警告会将“TW”状态位置为1，需要在芯片冷却到级别1以下后通过包含SRR的命令复位，此时输出仍保持开启；如果芯片温度达到级别2，过热关断，所有驱动器将锁存关断，只有在芯片冷却到关断温度以下（包括热迟滞）后，通过包含SRR置位的开启命令才能复位。输出数据位0，热警告会锁存并保持置位，即使冷却后也需要通过发送SPI命令复位状态寄存器（SRR，输入0设置为“1”）。由于热警告先于热关断，软件轮询该位可以实现负载控制，并可能防止热关断情况的发生。热警告信息可以在不执行完整SPI访问周期的情况下立即获取。

六、应用配置

菊花链配置

NCV7703C可以与其他类似设备（如其他NCV7703C设备和NCV7708双十六进制驱动器）进行菊花链配置。需要注意的是，当CSB引脚从高电平变为低电平时，从SO引脚时钟输出的前16位将是诊断输出数据，代表芯片的状态，详细信息在SPI位描述表中。后续应时钟输入额外的编程位，由于使用了帧检测，字长必须为16的倍数。

并行控制

并行控制是一种更高效的控制多个SPI兼容设备的方式。将这些设备并行连接，并在多路复用模式下进行控制。与菊花链配置不同，并行控制不需要编程信息先通过所有先前的设备，但需要微处理器为每个可控设备的CSB引脚提供额外的控制引脚。只有通过各自CSB引脚激活的设备才能识别串行数据。

其他应用设置

除了图1所示的级联H桥应用外，NCV7703C还可以用作高端驱动器或低端驱动器。可以设计H桥和高端或低端驱动器的任意组合，为许多系统提供了灵活性。

七、总结

NCV7703C三半桥驱动器凭借其丰富的功能、出色的性能和多重保护机制，在汽车和工业运动控制领域具有广阔的应用前景。无论是从降低功耗、提高系统可靠性，还是从灵活的控制方式和广泛的兼容性来看，它都能满足工程师们的设计需求。在实际应用中，工程师们可以根据具体的系统要求，合理选择应用配置，充分发挥NCV7703C的优势。你在使用类似驱动器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。