A3930和A3931：汽車(chē)三相BLDC控制器與MOSFET驅(qū)動(dòng)器的卓越之選

在汽車(chē)電子領(lǐng)域，電機(jī)控制技術(shù)至關(guān)重要。A3930和A3931作為汽車(chē)三相無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)控制器，專(zhuān)為與N溝道外部功率MOSFET配合使用而設(shè)計(jì)，在汽車(chē)應(yīng)用中展現(xiàn)出了諸多優(yōu)勢(shì)。

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特性與優(yōu)勢(shì)

強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力

• 高電流三相柵極驅(qū)動(dòng)：能夠?yàn)镹溝道MOSFET提供高電流三相柵極驅(qū)動(dòng)，確保電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。
• 同步整流：提高了系統(tǒng)效率，減少了功率損耗。
• 交叉導(dǎo)通保護(hù)：有效防止MOSFET出現(xiàn)交叉導(dǎo)通現(xiàn)象，保護(hù)電路安全。

靈活的供電與控制

• 寬電壓范圍：可在5.5至50V的電源電壓范圍內(nèi)工作，適應(yīng)不同的汽車(chē)電源環(huán)境。
• 集成換相解碼邏輯：簡(jiǎn)化了電機(jī)控制的設(shè)計(jì)，提高了控制的準(zhǔn)確性。
• 電荷泵與補(bǔ)充電荷泵：為100% PWM提供支持，確保在各種工作條件下都能穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

豐富的診斷功能

• 廣泛的診斷輸出：能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)和電路的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障。
• 5V霍爾傳感器供電：為霍爾傳感器提供穩(wěn)定的電源，保證傳感器的正常工作。
• 低電流睡眠模式：在不工作時(shí)降低功耗，提高系統(tǒng)的能效。

產(chǎn)品概述

A3930和A3931通過(guò)集成多種電路，為設(shè)計(jì)具有成本效益的三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供了有力支持。其獨(dú)特的電荷泵調(diào)節(jié)器能夠在電池電壓低至7V時(shí)提供足夠的柵極驅(qū)動(dòng)（>10V），并允許在電池電壓低至5.5V時(shí)以降低的柵極驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。此外，通過(guò)在低電源電壓下從倍壓模式切換到標(biāo)稱(chēng)運(yùn)行電壓14V時(shí)的降壓模式，可將電荷泵的功耗降至最低。

電氣特性

電源與參考

• VBB工作范圍：在5.5至50V范圍內(nèi)功能正常，但參數(shù)在7至45V范圍外不保證。
• 靜態(tài)電流：在不同工作模式下，具有較低的靜態(tài)電流，如睡眠模式下僅為10μA。
• V5輸出：提供穩(wěn)定的5V輸出，為外部電路供電。

柵極輸出驅(qū)動(dòng)

• 開(kāi)關(guān)時(shí)間：具有快速的開(kāi)關(guān)時(shí)間，如開(kāi)啟上升時(shí)間典型值為60ns，關(guān)閉下降時(shí)間典型值為40ns。
• 導(dǎo)通電阻：不同溫度下的導(dǎo)通電阻表現(xiàn)良好，確保了功率傳輸?shù)母咝浴?/li>

邏輯輸入與輸出

• 故障輸出：通過(guò)FFx故障輸出（開(kāi)漏）及時(shí)指示故障狀態(tài)。
• 輸入特性：具有一定的輸入電壓范圍和滯回特性，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

電流檢測(cè)差分放大器

• 增益與精度：典型增益為19V/V，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)電機(jī)電流。
• 動(dòng)態(tài)范圍：具有較寬的輸出動(dòng)態(tài)范圍，適應(yīng)不同的工作條件。

電流限制與保護(hù)

• 參考比較器：輸入偏移電壓小，確保電流限制的準(zhǔn)確性。
• 欠壓鎖定：對(duì)VREG、V5等進(jìn)行欠壓鎖定保護(hù)，防止電路在異常電壓下工作。

功能描述

基本操作

A3930和A3931為帶有集成霍爾效應(yīng)（HE）傳感器的三相BLDC電機(jī)提供換相和電流控制。電機(jī)電流由外部三相N溝道MOSFET橋提供，通過(guò)固定頻率脈沖寬度調(diào)制（PWM）進(jìn)行控制。該器件能夠確保在電源電壓低至7V時(shí)，高側(cè)和低側(cè)外部MOSFET的柵源電壓高于10V，在極端電池電壓下降條件下，低至5.5V仍能保證功能運(yùn)行，但柵極驅(qū)動(dòng)會(huì)降低。

電源供應(yīng)

• V5和V5BD：由集成的5V調(diào)節(jié)器控制器和外部NPN晶體管QV5提供5V電源，為外部上拉和偏置電流供電。
• CP1、CP2和VREG：內(nèi)部電荷泵為柵極驅(qū)動(dòng)輸出供電，需要連接泵電容CP。額外的“補(bǔ)充”電荷泵為每個(gè)高側(cè)驅(qū)動(dòng)提供支持，確保在需要時(shí)實(shí)現(xiàn)100% PWM。

霍爾效應(yīng)傳感器輸入

• 配置與濾波：H1、H2和H3霍爾效應(yīng)傳感器輸入適用于120°電間距的霍爾效應(yīng)傳感器，具有典型500mV的滯回特性，可減少開(kāi)關(guān)噪聲的影響。
• 預(yù)定位功能：A3931具有預(yù)定位功能，當(dāng)霍爾輸入全為低電平時(shí)，可將電機(jī)置于不穩(wěn)定的起始位置，便于啟動(dòng)算法。

柵極驅(qū)動(dòng)

• 驅(qū)動(dòng)能力：能夠快速充放電外部FET的柵極電容，減少開(kāi)關(guān)過(guò)程中的損耗。
• 死區(qū)時(shí)間：通過(guò)RDEAD引腳設(shè)置死區(qū)時(shí)間，防止交叉導(dǎo)通。

邏輯控制輸入

• RESET：控制芯片的睡眠和喚醒狀態(tài)，確保在啟動(dòng)時(shí)電荷泵達(dá)到正常工作條件。
• COAST：主動(dòng)低電平輸入，可在短路時(shí)關(guān)閉所有FET，保護(hù)外部FET和電機(jī)。
• MODE：設(shè)置電流衰減模式，包括慢衰減和快衰減模式，適用于不同的電機(jī)應(yīng)用。
• DIR：確定電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出方向。
• BRAKE：主動(dòng)低電平輸入，提供制動(dòng)功能。
• ESF：決定檢測(cè)到短路時(shí)的動(dòng)作。

電流調(diào)節(jié)

• 電流檢測(cè)放大器：通過(guò)CSP、CSN和CSOUT引腳檢測(cè)電機(jī)電流，輸出電壓與負(fù)載電流成正比。
• 內(nèi)部電流控制：通過(guò)REF引腳設(shè)置最大電流限制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電流的精確控制。
• 內(nèi)部PWM頻率：由外部電阻RT和電容CT確定，范圍為20至50kHz。
• PWM輸入：可通過(guò)外部控制信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。

診斷功能

• TACHO和DIRO：提供電機(jī)速度和方向信息。
• ESF：根據(jù)其狀態(tài)決定檢測(cè)到短路時(shí)的動(dòng)作。
• FF1、FF2和VDSTH：指示故障狀態(tài)，包括欠壓、過(guò)溫、邏輯故障、短路等。

應(yīng)用信息

電源設(shè)計(jì)

• 電容配置：在VBB、VREG和V5引腳與地之間連接電容，提供瞬態(tài)電流，解耦電壓瞬變。
• 功率耗散：在高溫環(huán)境下，需注意芯片的功率耗散，確保結(jié)溫在安全范圍內(nèi)。

自舉電容

• 選擇與計(jì)算：正確選擇自舉電容的值，以確保器件正常工作?？筛鶕?jù)公式計(jì)算電容值，避免電壓降過(guò)大。
• 充電管理：A3930和A3931提供自動(dòng)自舉電容充電管理，確保電容電壓在閾值以上。

PWM控制

• 內(nèi)部PWM控制：適用于電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制或簡(jiǎn)單的最大電流限制。
• 外部PWM控制：可通過(guò)將RC引腳連接到AGND禁用內(nèi)部PWM控制，但需注意避免功率FET過(guò)流。
• PWM頻率與空白時(shí)間：設(shè)置合適的PWM頻率，避免可聽(tīng)噪聲，并確保自舉電容充電。通過(guò)CT電容設(shè)置空白時(shí)間，防止電流檢測(cè)比較器誤觸發(fā)。
• 死區(qū)時(shí)間：設(shè)置合適的死區(qū)時(shí)間，防止功率FET橋的交叉導(dǎo)通。
• 同步整流：減少外部MOSFET的功率耗散，提高效率。
• 制動(dòng)功能：通過(guò)強(qiáng)制所有低側(cè)MOSFET導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)制動(dòng)。

電路布局

• 接地連接：敏感連接應(yīng)參考安靜地，電源去耦電容應(yīng)連接到控制器電源地。
• 其他布局建議：縮短?hào)艠O電荷驅(qū)動(dòng)路徑和放電返回路徑的走線(xiàn)長(zhǎng)度，減少電感；確保輸入到檢測(cè)放大器的走線(xiàn)獨(dú)立且匹配；使用短而寬的銅走線(xiàn)減少雜散電感；考慮使用陶瓷去耦電容限制電壓尖峰。

總結(jié)

A3930和A3931作為汽車(chē)三相BLDC控制器與MOSFET驅(qū)動(dòng)器，具有豐富的功能和卓越的性能。在設(shè)計(jì)汽車(chē)電機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，合理利用其特性和優(yōu)勢(shì)，結(jié)合正確的電路布局和參數(shù)設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、穩(wěn)定的電機(jī)控制。同時(shí)，其強(qiáng)大的診斷功能也為系統(tǒng)的可靠性提供了保障。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類(lèi)似芯片的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。