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1.1 BUCK电路
1.2 内部各电源 1.3 SPI通信、栅极驱动器和时序控制器 1.4 MOSFET驱动电路 1.5 电流采样放大电路 数据手册只是给出了这一部分框图#xff0c;但是没有更加详细的介…一、 程序框图 跟随上篇博客咱们继续往下看下面是芯片内部的程序框图
1.1 BUCK电路
1.2 内部各电源 1.3 SPI通信、栅极驱动器和时序控制器 1.4 MOSFET驱动电路 1.5 电流采样放大电路 数据手册只是给出了这一部分框图但是没有更加详细的介绍不过没关系咱继续往下看会逐渐补齐该部分的功能。
二、 功能描述
2.1 三相栅极驱动器 每个半桥被配置为驱动两个n沟道MOSFET一个用于高侧一个用于低侧。半桥驱动器可以组合使用来驱动三相电机也可以单独使用来驱动各种其他负载。 峰值栅极驱动电流和内部死区时间可调以适应各种外部MOSFET和应用。 峰值栅极驱动电流通过寄存器设置设置死区时间通过DTC引脚上的外部电阻调整。将DTC引脚短接到地将提供最小死区时间(50ns)。在开关转换期间高侧和低侧mosfet之间存在内部手抖以防止电流穿过。 三相栅极驱动器可以提供高达30mA的平均栅极驱动电流。 每个MOSFET栅极驱动器都有一个VDS感测电路用于过流保护。当使能MOSFET时感测电路测量从漏极D到外部MOSFET源极S的电压 V D S V_{DS} VDS。将 V D S V_{DS} VDS与程序设定的跳闸点进行比较以确定是否发生过流事件。高侧感测位于PVDD1和SH_X引脚之间。低侧感测位于SH_X和SL_X引脚之间。 DRV8301允许通过 寄存器设置进行6-PWM和3-PWM控制: 下面是官方给出的外部MOSFET山及驱动电路各元器件的推荐值
2.2 电流放大器 DRV8301的电流放大器有四个可编程的增益设置通过SPI寄存器。这是10,20,40,80V/V。偏置设置为参考引脚(REF)上电压的一半。为了最小化直流偏置和漂移过温通过DC_CAL引脚或SPI寄存器提供了一种校准方法。 电流并联放大器的输出可计算为: V O V R E F 2 − G × ( S N X − S P X ) V_O\frac{V_{REF}}{2}-G×(SN_X-SP_X) VO2VREF−G×(SNX−SPX) • V R E F V_{REF} VREF是参考电压(REF引脚) •G是放大器的增益(10,20,40或80V/V) • S N X SN_X SNX和 S P X SP_X SPX是通道x的输入SPX应连接到检测电阻的接地侧以获得最佳的共模抑制。 在此处请注意哈这个地方我对数据手册出现了一个疑惑一般来说N表示 N e g a t i v e Negative NegativeP表示 P o s i t i v e Positive Positive所以感觉上面的公式应该是 V O V R E F 2 − G × ( S P X − S N X ) V_O\frac{V_{REF}}{2}-G×(SP_X-SN_X) VO2VREF−G×(SPX−SNX)但是看完数据手册发现人家就是这样定义的咱们把N当成正就好当然这个问题不大
2.3 保护功能 这一部分主要是介绍一下过流、过压保护之累的功能我们只看一些比较关键的点即可 当电压超过电压阈值时触发过流保护功能。电压阈值通过SPI寄存器编程 V D S I D S × R D S ( o n ) V_{DS} I_{DS} × R_{DS(on)} VDSIDS×RDS(on) 这里需要配合寄存器那边来看 如果你把控制寄存器2的OC_ADJ_SET 6到10位通过SPI设置为12根据表可以看出 V d s ( V ) 0.250 V_{ds(V)}0.250 Vds(V)0.250这时再看你选择的MOSFET的 R D S ( o n ) R_{DS(on)} RDS(on)即导通电阻一般很小假设为0.25Ω那么根据 V D S I D S × R D S ( o n ) V_{DS} I_{DS} × R_{DS(on)} VDSIDS×RDS(on)式得出 I D S 1 A I_{DS}1A IDS1A。 通过SPI寄存器可以设置四种不同的过流模式(OC_MODE) 1. 电流限制模式在电流限制模式下 设备在过流事件期间使用电流限制而不是设备关闭。在这种模式下设备通过nOCTW引脚报告过流事件。nOCTW引脚将保持低电平。 在电流限制模式下有两个电流控制设置。这些是由SPI寄存器中的一位设置的。默认模式为CBC (cycle by cycle)。 ①CBC (Cycle by Cycle)模式:在CBC模式下 检测到过电流的MOSFET将关闭直到下一个PWM周期。 ②Off-Time控制模式:在Off-Time模式下检测到过流的MOSFET将在64µs的时间内关闭(由内部定时器设置)。如果在另一个MOSFET中检测到过流计时器将复位另一个64µs周期两个MOSFET将在持续时间内禁用。在此期间可以通过相应的PWM周期恢复特定MOSFET的正常工作。 2.OC闩锁关闭模式当过流事件发生时高侧和低侧mosfet将在相应的半桥中禁用。nFAULT引脚和nFAULT状态位将与检测到过电流的MOSFET的相关状态位一起断言。OC状态位将锁存直到下一个SPI读取命令。nFAULT引脚和nFAULT状态位将锁存直到通过GATE_RESET位或快速EN_GATE复位脉冲接收到复位。 3和4模式分别为仅报告和禁用 这两个比较好理解个人推荐限流模式的CRC模式。 剩余的就是一些过压保护之类的这里不再详细介绍了。
2.4 上电和关闭顺序 在上电期间所有栅极驱动输出都保持低电平 。栅极驱动器和电流放大器的正常工作可以通过将EN_GATE从低状态切换到高状态来启动。如果没有错误DRV8301准备接受PWM输入。只要PVDD在功能区内即使在栅极禁用模式下栅极驱动器也始终具有对功率场效应管的控制。 从SDO到VDD_SPI有一个内部二极管所以VDD_SPI需要一直被供电到与其他SPI设备相同的功率水平(如果有来自其他设备的SDO信号)。在SDO引脚上出现任何信号之前VDD_SPI电源应首先上电并在SDO引脚上完成所有通信后关闭电源。 该部分还是比较重要的本人的芯片就是目前出现了一点问题我怀疑和这个上电顺序可能有关或者是出现了什么错误之类的。
三、设备功能模式
3.1 EN_GATE EN_GATE 低电平将使栅极驱动器、电荷泵、电流分流放大器和内部稳压块置于低功耗模式以节省能源。在此状态期间不支持SPI通信SPI寄存器将在完全EN_GATE重置后恢复到其默认设置。只要PVDD仍然存在该器件将把MOSFET输出级置于高阻抗模式。 当EN_GATE引脚从低到高时它将经历一个上电序列使能栅极驱动器、电流放大器、电荷泵、内部调节器等并复位与栅极驱动器块相关的所有锁存故障。EN_GATE也将重置SPI表中的状态寄存器。当错误事件发生后EN_GATE被切换时所有锁定的错误都可以被重置除非错误仍然存在。 当EN_GATE由高转低时立即关断栅极驱动模块因此栅极输出可以使外部场效应管处于高阻抗模式。然后它将等待10µs然后完全关闭其余块。通过切换EN_GATE引脚非常短的时间(小于10µs)可以实现快速故障复位模式。这将防止设备关闭其他功能块如电荷泵和内部调节器并带来更快和简单的故障恢复。 EN_GATE引脚复位脉冲(高→低→高)不能只维持10到20µs。DRV8301具有从快速复位模式到完全复位模式的过渡区域可以导致设备对外部输入无响应直到满功率循环。如果期望在EN_GATE引脚上出现此周期的复位脉冲则可以在引脚外部添加RC滤波器。 重置所有故障的另一种方法是使用SPI命令(RESET_GATE)它只会重置门驱动程序块和所有SPI状态寄存器而不会关闭其他功能块。
3.2 DTC 死区时间可通过DTC引脚编程。从DTC到地应接一个电阻来控制死区时间。死区时间控制范围为50ns ~ 500ns。短的DTC引脚接地将提供最小的死区时间(50ns)。电阻范围为0至150 kΩ。死区时间在此电阻范围内线性设置。
3.3 VDD_SPI VDD_SPI是为SDO引脚供电的电源。它必须连接到MCU用于其SPI操作的相同电源(3.3 V或5 V)。 在上电或下电瞬态过程中VDD_SPI引脚可能在短时间内为零电压。在此期间来自系统中任何其他设备的SDO引脚不应出现SDO信号 因为它会导致DRV8301中的寄生二极管从SDO传导到VDD_SPI引脚作为短路。在系统电源顺序设计中应考虑并避免这一问题。
四、SPI通信
4.1 DRV8301的SPI DRV8301 SPI作为 S l a v e Slave Slave工作。SPI输入(SDI)数据格式由一个16位的字、1个读写位、4个地址位和11个数据位组成。SPI输出(SDO)数据格式由一个1个帧故障位、4个地址位和11个数据位组成。当帧无效时帧故障位设为1剩余位移出为0。 一个有效的帧必须满足以下条件: •当nSCS变低时时钟必须为低。 •应该有16个完整时钟周期。 •当nSCS高时时钟必须低
4.2 数据格式 咱们废话少说直接看数据格式 “对于发送给SDI的READ命令(第n个周期)SDO将在下一个周期中使用指定地址的数据进行响应。(N1)对于发送给SDI的WRITE命令(第N个周期)SDO将在下一个周期(N1)中响应状态寄存器1 (0x00)中的数据。” 上面的话通俗来说你这时候给寄存器写一个值他会在下个周期把这个寄存器的值返回给你。 SDI输入字(W0)的MSB位是一个读写位。当W0 0时输入字为写命令。当W0 1时输入字为读命令。
4.3 寄存器 下图为四个寄存器的地址
4.3.1 状态寄存器 4.3.2 控制寄存器 注数字上1的都是默认值。 过流保护的阈值设置前面已经详细介绍过了下面是寄存器设置的值 如果IC预期在6-V至8-V范围内工作请勿使用设置28、29、30、31。
五、典型应用电路 六、往期回顾
FOC系列一----DRV8301芯片的学习
