DRV8770：100 - V 有刷直流柵極驅(qū)動器深度解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，一款性能出色的柵極驅(qū)動器對于有刷直流電機驅(qū)動應(yīng)用至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）的 DRV8770——一款專為有刷直流電機驅(qū)動應(yīng)用設(shè)計的柵極驅(qū)動器。

文件下載：drv8770.pdf

一、特性亮點

強大的驅(qū)動能力

DRV8770 是一款 100 - V H 橋柵極驅(qū)動器，能夠驅(qū)動 N 溝道 MOSFET（NMOS）。其柵極驅(qū)動器電源（GVDD）范圍為 5 - 20 V，MOSFET 電源（SHx）支持高達 100 V。采用自舉柵極驅(qū)動架構(gòu)，具有 750 - mA 源電流和 1.5 - A 灌電流，能夠滿足多種應(yīng)用場景的需求。

靈活的輸入支持

支持反相和同相 INLx 輸入（QFN 封裝），還能支持 3.3 - V 和 5 - V 邏輯輸入，絕對最大電壓為 20 V，4 - ns 典型傳播延遲匹配，確保了系統(tǒng)的高效運行。

優(yōu)秀的電源適應(yīng)性

支持長達 15s 的電池供電應(yīng)用，SHx 引腳的泄漏電流極低（<55 μA），絕對最大 BSTx 電壓高達 115 - V，還能支持 SHx 引腳低至 - 22 V 的負瞬變。

可調(diào)節(jié)的死區(qū)時間

在 QFN 封裝中，可通過 DT 引腳調(diào)節(jié)死區(qū)時間；TSSOP 封裝則固定插入 200 ns 的死區(qū)時間，有效避免了上下橋臂同時導(dǎo)通的問題。

豐富的保護功能

集成了 BST 欠壓鎖定（BSTUV）和 GVDD 欠壓（GVDDUV）等保護特性，提高了系統(tǒng)的可靠性。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

DRV8770 的應(yīng)用場景十分豐富，涵蓋了電動自行車、電動滑板車和電動出行設(shè)備，以及無繩園林和電動工具、割草機、無繩吸塵器等消費類產(chǎn)品。此外，在無人機、機器人、遙控玩具以及工業(yè)和物流機器人等領(lǐng)域也有出色的表現(xiàn)。

三、規(guī)格參數(shù)詳解

絕對最大額定值

各項引腳電壓和溫度都有明確的最大和最小值限制，例如 GVDD 引腳電壓范圍為 - 0.3 至 21.5 V，環(huán)境溫度范圍為 - 40 至 125 °C，結(jié)溫范圍為 - 40 至 150 °C 等。超出這些絕對最大額定值的應(yīng)力可能會對器件造成永久性損壞。

ESD 評級

人體模型（HBM）為 ±1000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 ±250 V，在靜電防護方面有一定的保障。

推薦工作條件

詳細規(guī)定了電源電壓、引腳電壓、PWM 頻率、電容值等參數(shù)的推薦范圍，確保器件在最佳狀態(tài)下工作。例如，GVDD 電源電壓推薦范圍為 5 至 20 V，PWM 頻率推薦范圍為 0 至 200 kHz 等。

熱信息

不同封裝的熱阻參數(shù)有所不同，如 QFN 封裝的結(jié)到環(huán)境熱阻為 49.3 °C/W，TSSOP 封裝為 97.4 °C/W。了解這些熱信息對于散熱設(shè)計至關(guān)重要。

電氣特性

包括電源電流、引腳泄漏電流、邏輯輸入電壓、柵極驅(qū)動電壓和電流、傳播延遲、死區(qū)時間等參數(shù)的詳細數(shù)據(jù)，為電路設(shè)計提供了精確的參考。

四、詳細功能剖析

功能框圖

從功能框圖可以清晰地看到，DRV8770 集成了兩個半橋柵極驅(qū)動器、輸入邏輯控制、自舉二極管等部分，通過合理的電路連接實現(xiàn)對 MOSFET 的驅(qū)動。

柵極驅(qū)動器

驅(qū)動能力

集成的兩個半橋柵極驅(qū)動器能夠分別驅(qū)動高側(cè)和低側(cè) N 溝道功率 MOSFET，為電機提供穩(wěn)定的驅(qū)動信號。

死區(qū)時間和交叉導(dǎo)通預(yù)防

通過插入死區(qū)時間和防止交叉導(dǎo)通的設(shè)計，避免了上下橋臂同時導(dǎo)通的危險情況，提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

輸入模式

在 QFN 封裝中，MODE 引腳可選擇 GLx 輸出與 INLx 輸入的同相或反相模式，增加了設(shè)計的靈活性。

保護電路

DRV8770 具備 BSTx 欠壓和 GVDD 欠壓保護功能。當(dāng)出現(xiàn)欠壓情況時，柵極驅(qū)動器會進入高阻態(tài)（Hi - Z），待電壓恢復(fù)正常后自動恢復(fù)工作，有效保護了器件和系統(tǒng)。

五、應(yīng)用設(shè)計指南

典型應(yīng)用電路

在典型應(yīng)用中，DRV8770 與外部電源、MOSFET、MCU 等組成完整的有刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)。通過合理配置各個元件的參數(shù)，可以實現(xiàn)對電機的精確控制。

設(shè)計步驟

電容選擇

• 自舉電容：需要根據(jù)允許的電壓降、總電荷需求等因素來選擇合適的電容值。一般建議選擇比計算值更大的電容，以應(yīng)對各種瞬態(tài)情況。
• GVDD 電容：應(yīng)大于自舉電容值，通常為自舉電容值的 10 倍，同時要選擇電壓額定值至少為最大工作電壓兩倍的電容，以提高系統(tǒng)的長期可靠性。

  柵極電阻選擇

  外部柵極電阻可以控制柵極電壓的轉(zhuǎn)換速率，限制柵極驅(qū)動器的峰值輸出電流，還能抑制振鈴和噪聲。選擇合適的柵極電阻需要綜合考慮 MOSFET 的參數(shù)、系統(tǒng)電壓和電路板寄生參數(shù)等因素，通常是一個迭代的過程。

六、布局與布線要點

布局示例

合理的布局可以有效減少電路中的寄生電感和電容，提高系統(tǒng)的性能。在布局時，應(yīng)將低 ESR/ESL 電容靠近器件連接在 GVDD 和 GND 之間以及 BSTx 和 SHx 引腳之間，以支持外部 MOSFET 導(dǎo)通時從 GVDD 和 BSTx 引腳汲取的高峰值電流。

布線指南

• 最小化寄生電感：盡量減少 SHx 引腳、GHx 和 GLx 連接的寄生電感，縮短走線長度和減少過孔數(shù)量，推薦最小 10 mil 和典型 15 mil 的走線寬度。
• 降低電壓瞬變：在高端 MOSFET 漏極和地之間連接低 ESR 電解電容和優(yōu)質(zhì)陶瓷電容，以防止高端 MOSFET 漏極出現(xiàn)大的電壓瞬變。
• 優(yōu)化 DT 電阻布局：將 DT 和 GND 之間的電阻盡可能靠近器件放置，確保死區(qū)時間的精確控制。

七、總結(jié)

DRV8770 憑借其強大的驅(qū)動能力、靈活的輸入支持、豐富的保護功能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，成為有刷直流電機驅(qū)動應(yīng)用的理想選擇。在設(shè)計過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇元件參數(shù)，優(yōu)化布局布線，以充分發(fā)揮 DRV8770 的性能優(yōu)勢。希望通過本文的介紹，能為廣大電子工程師在使用 DRV8770 進行設(shè)計時提供有益的參考。你在使用 DRV8770 或類似柵極驅(qū)動器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。