Atmel ATA6823：汽車(chē)應(yīng)用中的高性能H橋柵極驅(qū)動(dòng)器

在汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于高功率電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求日益增長(zhǎng)。Atmel公司的ATA6823就是一款專門(mén)為滿足這類需求而設(shè)計(jì)的H橋柵極驅(qū)動(dòng)器，它集成了LIN收發(fā)器、看門(mén)狗和5V穩(wěn)壓器等功能，為汽車(chē)電機(jī)控制提供了全面的解決方案。

文件下載：ATA6823-DK.pdf

一、ATA6823概述

ATA6823專為需要高功率電機(jī)的汽車(chē)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它具備四個(gè)高電流柵極驅(qū)動(dòng)器輸出，能夠以全橋配置驅(qū)動(dòng)各種n溝道功率MOSFET。通過(guò)外部電容器的全集成電荷泵，為高端輸出級(jí)提供柵極電壓。同時(shí)，它支持高達(dá)20kBaud的低速LIN數(shù)據(jù)通信，符合LIN規(guī)范2.0，內(nèi)置LIN收發(fā)器。在保護(hù)功能方面，它具備欠壓/過(guò)壓檢測(cè)與關(guān)斷、過(guò)溫關(guān)斷以及電機(jī)引線到電池電壓和地的短路檢測(cè)等功能，還通過(guò)硬件可設(shè)置死區(qū)時(shí)間調(diào)整來(lái)保證直通保護(hù)。

二、應(yīng)用板介紹

2.1 應(yīng)用板特點(diǎn)

• 接口豐富：設(shè)有用于連接LIN總線、電源輸出和EN2喚醒的X1引腳頭，以及微控制器接口X2引腳頭。還有4mm香蕉插頭用于連接電源BAT和GND。
• 電機(jī)配置靈活：板載直流電機(jī)，LED指示轉(zhuǎn)動(dòng)方向，同時(shí)提供Vias M+和M–用于連接可選直流電機(jī)，還可選擇連接外部電機(jī)H橋。
• 控制選項(xiàng)多樣：可通過(guò)外部微控制器（帶或不帶LIN總線）或直接使用DIR和PWM引腳控制電機(jī)。
• 其他功能：設(shè)有用于喚醒ATA6823的EN2按鈕，以及用于選擇VCC輸出電壓電平的VMODE跳線和選擇不同看門(mén)狗電阻的RWD跳線，還配備用于直流電機(jī)電流測(cè)量的分流器。

2.2 啟動(dòng)檢查

運(yùn)行ATA6823應(yīng)用板需要8V至18V的電源電壓。在啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)VBAT電壓為12.5V時(shí)，可測(cè)量到以下電壓：VINT和引腳頭VCC處為5V，VG電壓為12.5V，電荷泵電壓VRES為26.5V，電阻RWD（R6，JP1）處電壓為1.2V，電荷泵電容（C13）電壓為5V，電荷泵振蕩器頻率約為100kHz。若未向引腳WD施加看門(mén)狗信號(hào)，引腳/RESET將以約7Hz的頻率振蕩，且不提供看門(mén)狗則無(wú)法激活H橋。

2.3 外部H橋連接

應(yīng)用板支持外部H橋連接，外部H橋可通過(guò)4mm香蕉插頭PBAT_MOTOR和PGND_MOTOR供電，柵極驅(qū)動(dòng)器和檢測(cè)引腳可通過(guò)引腳頭連接器X3獲取。要在板載H橋和外部H橋之間切換，需將跳線JH2至JL1設(shè)置為1 - 2位置。

2.4 LIN模式

ATA6823默認(rèn)作為從設(shè)備使用，根據(jù)LIN規(guī)范2.0，此時(shí)電阻R4并非必需。若要將其從從模式切換到主模式，需在R4位置插入1kΩ電阻，并在D3位置插入反向電池保護(hù)二極管。

2.5 微控制器集成

要運(yùn)行H橋，需關(guān)注看門(mén)狗和節(jié)拍信號(hào)?？赏ㄟ^(guò)引腳頭X2連接微控制器，該引腳頭提供了電壓供應(yīng)VCC、LIN接口、看門(mén)狗、電機(jī)控制PWM和DIR、LIN收發(fā)器以及診斷引腳等連接選項(xiàng)，VCC電壓電平可通過(guò)VMODE跳線選擇。

2.6 電流分流器

板上的分流器R22用于監(jiān)測(cè)H橋電流，其檢測(cè)線AD0和PGND可連接到微控制器的AD轉(zhuǎn)換器。

2.7 看門(mén)狗電阻RWD

跳線RWD的2 - 3位置選擇標(biāo)準(zhǔn)看門(mén)狗電阻值R6（33kΩ），也可將跳線設(shè)置為1 - 2位置，通過(guò)電阻R5改變看門(mén)狗頻率，可使用SMD（R5A）或有線（R5B）電阻。

三、應(yīng)用提示

3.1 觸發(fā)看門(mén)狗

要使ATA6823進(jìn)入工作模式，需向引腳WD施加正確的觸發(fā)信號(hào)。當(dāng)(R6 = R_{WD} = 33kΩ)時(shí)，需要頻率為70Hz的方波觸發(fā)信號(hào)。若要調(diào)整電阻值，可參考ATA6823的數(shù)據(jù)手冊(cè)。觸發(fā)信號(hào)無(wú)集成去抖電路，在引腳WD上升沿切換，工作模式通過(guò)引腳/RESET的永久高電平顯示。錯(cuò)誤或缺失的觸發(fā)脈沖會(huì)產(chǎn)生2ms的復(fù)位脈沖，VCC電壓低于復(fù)位閾值會(huì)產(chǎn)生68ms的復(fù)位脈沖。

3.2 使能操作

上電后，ATA6823處于運(yùn)行模式。引腳EN1的下降沿將設(shè)備切換到待機(jī)模式，可通過(guò)將LIN接地或?qū)N2切換到VBAT將其切換回運(yùn)行模式。需注意，EN2可切換到VBAT，而EN1使用5V邏輯，切換到VBAT電平會(huì)損壞設(shè)備。

3.3 喚醒源識(shí)別

診斷引腳DG1有雙重功能，在第一個(gè)看門(mén)狗脈沖之前，DG1顯示喚醒源，高電平表示EN2是喚醒源，低電平表示LIN是喚醒源。

3.4 診斷引腳

ATA6823有三個(gè)診斷引腳用于檢測(cè)錯(cuò)誤。它沒(méi)有短路關(guān)斷或短路限制功能，短路由微控制器處理。輸出開(kāi)啟時(shí)，監(jiān)測(cè)有源MOSFET源極和漏極之間的電壓，若電壓高于4V，DG1將置高。電機(jī)橋切換后，檢測(cè)監(jiān)測(cè)會(huì)停用10μs，以避免浪涌或開(kāi)關(guān)電流觸發(fā)DG1警告。引腳PBAT的電源電壓低于5.6V時(shí)，DG1會(huì)立即置高。DG2用于監(jiān)測(cè)過(guò)壓或欠壓以及電荷泵電壓，DG3用于檢測(cè)過(guò)溫，當(dāng)DG2或DG3指示故障時(shí)，ATA6823將關(guān)閉電機(jī)橋。

3.5 電機(jī)橋關(guān)閉

當(dāng)PWM信號(hào)置低時(shí)，兩個(gè)高端MOSFET導(dǎo)通以減慢電機(jī)速度，巡航控制保證反向高端N - MOSFET上的反激電流。

3.6 浪涌電流

將電機(jī)負(fù)載立即切換到100%占空比會(huì)因浪涌電流導(dǎo)致電壓下降，這取決于電源安裝情況。ATA6823會(huì)根據(jù)電壓下降情況檢測(cè)短路，因此電源與應(yīng)用板之間的短而合適的連接至關(guān)重要。在為大功率電機(jī)供電并限制其啟動(dòng)電流時(shí)，應(yīng)使用PWM功能。

3.7 輸出短路

需要考慮五種不同的短路情況，不同情況下通過(guò)不同的檢測(cè)方式觸發(fā)診斷引腳DG1或DG2，當(dāng)檢測(cè)到短路時(shí)，相應(yīng)的輸出開(kāi)關(guān)會(huì)被關(guān)閉。

四、附加微控制器模塊

為了激活A(yù)TA6823 H橋，需要WD和PWM信號(hào)，因此配備了組裝有Atmel ATmega88的微控制器模塊（ATA6823 - DK2 V1.0）。該模塊可在5V和3.3V的數(shù)字電源電壓下工作。

4.1 看門(mén)狗功能

模塊生成約70Hz的觸發(fā)信號(hào)，適用于默認(rèn)看門(mén)狗電阻(R_{WD} = R6 = 33kΩ)的情況。

4.2 PWM功能

模塊提供占空比從0%到100%的PWM信號(hào)，可通過(guò)速度電位器調(diào)節(jié)，示例程序的PWM頻率為25kHz。

4.3 操作模式

模塊有手動(dòng)模式和自動(dòng)斜坡模式兩種操作模式。手動(dòng)模式下，通過(guò)方向開(kāi)關(guān)選擇旋轉(zhuǎn)方向，PWM頻率由電位器調(diào)節(jié)；自動(dòng)斜坡模式下，按下按鈕Ramp1會(huì)生成三角形占空比的PWM曲線，按下按鈕Ramp2可停止斜坡。

4.4 睡眠模式

按鈕Ramp3用于將ATA6823切換到待機(jī)模式，此時(shí)微控制器不再供電。系統(tǒng)喚醒只能由ATA6823觸發(fā)，LIN總線接地或按下按鈕EN2可喚醒ATA6823，控制器重新供電并開(kāi)始工作。

4.5 診斷功能

當(dāng)診斷引腳DG1指示短路時(shí)，微控制器會(huì)立即關(guān)閉H橋，再次開(kāi)啟需通過(guò)按鈕Ramp1解鎖。DG2電壓診斷也會(huì)導(dǎo)致柵極驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉，可通過(guò)按鈕Ramp2釋放。過(guò)溫警告DG3會(huì)在顯示屏上顯示，H橋停止運(yùn)行，溫度下降后信號(hào)消失，H橋重新啟動(dòng)。

Atmel ATA6823以其豐富的功能和靈活的應(yīng)用方式，為汽車(chē)高功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供了可靠的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需求合理利用其各項(xiàng)特性，同時(shí)要注意各功能的操作細(xì)節(jié)和保護(hù)機(jī)制，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似器件的使用難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。