A3941中文资料

1 A3941A3941 汽车应用的全桥汽车应用的全桥 MOSFETMOSFET 驱动器驱动器 特性与优势特性与优势 全桥 N MOSFET 大电流驱动 高端和低端 PWM 开关 电荷泵用于低电压源应用 TOP OFF 电荷泵实现 100 PWM 可调死区时间用于横向传导保护 5 5 至 50V 电压范围 内部包括 5V 基准电压 诊断输出 低功耗睡眠模式 简述简述 A3941 是一个能够驱动外部 N 沟道 MOSFET 的全桥驱动器 特别适用于汽车应 用的大感性负载 如刷式 DC 马达 独特的电荷泵能够在电源低至 7V 时满幅 10V 驱动门极 甚至在 5 5V 时 仍可以进行简单驱动 引导 bootstrap 电容能够提供高于电源的电压来驱动 N MOSFET 内部的 电荷泵用于高端的驱动并允许 DC 100 占空比 操作 用二极管或同步整流可以实现快速和慢速衰减模式的全桥驱动 慢速衰减模 式时 反向电流通过高端或低端 FET 同时 FET 受到电阻调节的死区击穿保护 内部的诊断电路能够指出欠压 超温 桥故障和可配置的多功能 MOSFET 保 护 2 3 4 5 6 7 功能描述功能描述 A3941 是一种全桥 MOSFET 前置驱动器 单 7 至 50V 工作电源 内部包含一个 5V 逻辑电压源 4 个高电流门驱动器有能力驱动宽范围的 N MOSFET 它们被配置成 2 个高端 驱动器和 2 个低端驱动器 A3941 包含必要的电路确保在电源低至 7V 时 FET 的 高端和低端 G S 门极电压同时高于 10V 假如电压跌落 在 5 5V 时仍能保证 正确的功能 但是会降低门极的驱动电压 A3941 可以被 MCU 输出的单路 PWM 信号驱动 并可被配置为快速或慢速衰减 模式 快速衰减可以提供 4 象限电机控制 而慢速衰减适合 2 象限地电机控制或 者简单感性负载 慢速衰减模式时 反向电流穿过高端或者低端 MOSFET 任何 情况下 同步整流可以提高桥的效率 外部桥击穿能够被可调死区避免 低功耗睡眠模式允许 A3941 桥和负载连接到车的电源上而不必外加电源开 关 8 A3941 包括一些保护功能 欠压 超温和桥故障 故障状态可以被 MCU 感知 它有 2 个故障输出端 FF1 和 FF2 可以提供给外部 电源电源 单电源有必要通过一个反压保护电路连接到 VBB 引脚 电源需要连接一个陶 瓷电容至 GND 滤波 VBB 电压在 7 至 50V 范围内 A3941 能够进行标准参数的运转 电压低至 5 5V 时能保证正确的功能 因此它能在复杂的车载 电源 环境下使用 V5V5 脚 脚 内部是一个电压源 用于低电流的外部上拉电阻应用 同时 这个电 压源也用于内部逻辑电路 所以用一个至少 100nF 的电容连接至 GND 滤波 它在 RESET 为低时是禁用的 门驱动器门驱动器 A3941 设计用于驱动外部的 低导通电阻的 N MOSFET 瞬时它能提供较大的 电流用于充电或放电外部 FET 的门极电容 从而来减少外部 FET 在开关期间的消 耗 充 放电的速度可以被连接在 FET 门极的外部电阻按系数控制 门驱动电压调整器 门驱动电压调整器 内部调整器能够驱动门极并限制其提供的最大电压 当 VBB 电源超过 16V 调整器相当于简单的线性调整器 当低于 16V 时 电压由起 动转换电荷泵维持 同时需要在 CP1 和 CP2 引脚间连接一个泵电容 电容最小值 为 220nF 典型值为 470nF 调整器电压标称为 13V 可以在 VREG 脚测试到 一个足够大容量的储能电容 需要连接到 VREG 脚 用来提供低端驱动和引导电容的瞬时电流 TOP OFFTOP OFF 电荷泵电荷泵 附加的 TOP OFF 电荷泵用来供给每一相供电 电荷泵允许维 持不确定的外部 FET 的高端门驱动电压 确保实现 100 PWM 驱动 它属于低电流 电荷泵 仅作用在高端 FET 开启时 浮动的高端驱动需要一个较小的偏置电流 1000nF 会延长 如果启动电容电压没有达到极限电压超过大约 200us 低压故障将被置位 VREGVREG 电容选择电容选择 内部电压基准 VREG 提供低端门驱动电流和引导电容的充电电流 当低端 FET 开启时 门驱动电路提供必要的较大瞬时电流到门 得以尽快的开启 FET 这个几百毫安的电流不能由输出受限的 VREG 整流器提供 必须由连接到 VREG 的 外部电容提供 高端 FET 的开启电流和低端 FET 的接近 但是主要由引导电容提供 然而 引导电容需通过 VREG 整流器输出进行再充电 不利的情况是 在低端开启之后 会发生很短时间的引导再充电 这意味着连接在 VREG 和 AGND 之间的电容的值应 该足够大 以减少低端 FET 开启和引导电容再充电联合导致的 VREG 电压短暂的 跌落 合理的值应为 20 xCBOOT 最大工作电压总是小于 VREG 所以电容耐压可以低 于 15V 这个电容要尽量贴近 VREG 脚放置 电源退耦电源退耦 因为这属于开关电路 开关动作的节点处所有的电源都会产生电流毛刺 像 19 所有类似的电路一样 电源连接处需要一个滤波的陶瓷电容并接在电源引脚和地 之间 典型值 100nF 这些电容要尽量贴近 VBB V5 和 GND 脚放置 电源消耗电源消耗 应用中往往希望能在高温环境下工作 芯片的电源消耗将是关键因素 小心 注意确保工作的条件允许 A3941 保持在安全的联结温度内 A3941 的电源功耗可 以估算如下 若 则 N 为 PWM 周期中 FET 的开关数量 N 1 表示慢速衰减模式的二极管整流 N 2 表示慢速衰减模式的同步整流或快 速衰减模式的二极管整流 N 4 表示快速衰减模式的同步整流 印制板建议印制板建议 高频电路 快速的开关电路和大电流电路必须仔细的考虑 PCB 规划 下面是 对这些考虑的建议 A3941 的地 GND 和外部的 FET 的大电流返回端应分别的连接到电源滤波电容 的负端 这样可以减小驱动器的逻辑和模拟噪声 外部裸露的焊盘应连接到 GND 脚 即控制电源地 见 figure 4 外部 FET 的源极和漏极的接线端应使用短而宽的铜导线以减少感生电容 这 些接线端包括电机连接线 输入电源母线和低端 FET 的源极公共端 这将减 少大负载开关电路的电压感应 在 FET 的源极和漏极间并接一个 100nF 的陶瓷退耦电容可以限制由线路感应 产生的快速短暂的电压毛刺 确保门的放电回路连接到 Sx 和 LSS 尽量短 这些线路上的任何电感将在 A3941 相应的引脚上产生超过极限指标的负的跳变 如果可能出现这种情况 应使用钳位二极管连接到 GND 以限制反向偏置电压 像 RDEAD 和 VDSTH 这样敏感的连接 具有很小的地电流 需要独立连接到纯 净的地 见 figure 4 尽量靠近 GND 脚 这些敏感部分不应直接连接到电源 公共端或者公共的地层上 必须直接连接到 GND 引脚上 VBB VREG 和 V5 的电源退耦应连接到控制电源地 即独立贴近连接到 GND 引 20 脚 退耦电容应贴近相关的电源引脚 如果印制板的空间受限 净地和控制地可能是结合体 这种情况下 应确保 死区电阻的接地端应尽量贴近 GND 引脚 用屏蔽探针测量 LSS 脚和 GND 脚的瞬时峰值电压 如果电压超过数据表中的 极限值 像 figure 4 所示在一个或全部 LSS 和 GND 引脚增加额外的钳位电容 门的充电回路和放电回路将携带一个大的瞬时脉冲电流 因此 GHx GLx Sx 和 LSS 的连线应尽量短以减少线路的电感 为 LSS 到电桥公共点提供一个独立的连接 不推荐 LSS 直接连接到 GND 脚 这 将给死区时间等敏感功能