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作者: Giuseppe Maimone 直流電機在汽車應用領域十分常見，被廣泛用于各種汽車系統，包括車門、后視鏡、座椅和電泵。結構簡單、成本低廉的特點使其成為汽車系統設計人員的首選解決方案。 直流電機有三個主要組件：產生磁場的定子、承載電機線圈的轉子、向線圈傳輸電流的電刷。 將電源連至電機的兩個接線端子后，電流將會流到轉子線圈。如果線圈上的電流強度足以讓電機和負載產生轉矩，電機將會旋轉。 電機通常采用PWM技術控制轉速和轉矩。此外，如果電機旋轉方向在實際應用中必須變化，則必須改變電機兩個端子上的電源電壓。基于這些需求，采用四個開關按照要求將電源電壓連到電機的兩個接線端子上的H-橋是典型的雙向直流電機控制解決方案。 
圖1：H橋配置。 意法半導體的L99H01是一個汽車電機驅動器芯片，集成四個柵驅動器來控制H橋內的四個外部N溝道MOSFET管。結構簡單，驅動靈活，使其適用于各種汽車系統。 通過驅動器內部SPI接口，外部微控制器可讀取診斷信息，還可以設置驅動器的多個功能，滿足實際應用需求。 驅動器內置一個兩級電荷泵，這樣設計有多個好處。以較低的輸入電壓驅動H橋外部MOSFET管，盡可能節省外部組件(只需三個電容)，以100%占空比驅動電機。此外，電荷泵的輸出電壓還可用于驅動電池極性接反保護電路的附加MOSFET管。
圖2：L99H01框圖和應用示意圖 因為電機在驅動電路內產生感性負載，為盡可能降低耗散功率，在應用PWM控制技術時，必須為電機電流設計正確的閉合回路。L99H01讓設計人員盡可能靈活地選擇續流回路策略。此外，通過正確選擇續流回路，再配合一個外部微控制器，驅動器可以在實際應用中進行功能性安全測試。
圖3：L99H01續流方法選擇 通過使用L99H01內部的一個或兩個電流檢測放大器(CSA)，可以測量流經H橋的電流。這些放大器有很多特別的地方。因為放大器輸入接受高壓，所以可在接地端、電源線或直接串聯電機測量電流，讓用戶滿足不同的需求和策略要求。此外，可通過SPI串口設置放大器的增益，為應用開發帶來更高的靈活性。此外，還可對放大器執行失調校正，降低放大器本身失調對電流測量結果的負面影響。 內部看門狗定時器監視外部微控制器，提升應用層面的安全性。萬一看門狗發現微控制器異常，L99H01則禁用內部MOSFET柵驅動器。 L99H01防范潛在危害性事件入侵驅動器和系統。該產品具有欠壓保護以及可設置過壓保護(通過SPI)功能。如果在電源端發現這些事件，則柵驅動器將被禁用，并通過SPI接口上報給微控制器。 假如電機的接線柱意外對地短路或對電源短路，L99H01則監視橋上每個被激活晶體管的漏源電壓，以保護外部MOSFET管。如果漏源電壓高于預設閾值且持續時間大于內部濾波時間，則驅動器關閉受影響的晶體管，并通過SPI串口上報事件。用戶可按實際照應用情況(即MOSFET電阻和流經電橋的電流)調整電壓檢測閾值，通過SPI接口從四個數值中選擇一個設為閾值。 當同一半橋內的高低邊MOSFET換向時，在一個晶體管的關斷與另一個晶體管的導通之間引入死時非常重要，否則，兩支晶體管可能同時導通，引起從電源流向接地方向的逆流。 用戶可通過SPI接口按照實際需求選擇多個閾值。當開關同一橋臂上的晶體管時，L99H01自動啟用可設置的死時。 作為一個深入保護機制，L99H01可檢測內外部熱事件，并做出相應的反應。該產品可檢測內部過熱初期狀況，并通過SPI接口向外部微控制器報警。這樣，微控制器可采取一些應對措施，以降低驅動器本身和系統的溫度。假如芯片內部溫度進一步上升，則芯片進入過熱關斷模式，禁用柵驅動器和電荷泵。 此外，外部溫度傳感器(如燈條)可連至 L99H01的專用輸入端。當這個引腳上的電壓降至閾值以下時，驅動器關閉柵驅動器，以保護電橋。按照當前應用設計的特性，用戶可通過SPI選擇閾壓。值得一提的是，當施加外部數字信號時，這個輸入可用于禁用柵驅動器。 L99H01采用兩種經濟型封裝PowerSSO36 (散熱盤外露)和LQFP32(全塑封裝)。 作者簡介：Giuseppe Maimone畢業于意大利米蘭理工大學電子工程專業。曾先后在德州儀器的應用工程和市場部和飛思卡爾半導體工作多年，參與過各種產品的研發銷售(線性穩壓器、開關穩壓器、智能功率器件、系統基礎芯片)。2011年，他加入意法半導體，擔任汽車產品部高級技術市場工程師。 |
