ZHCABD7 October 2020 DRV8904-Q1 , DRV8906-Q1 , DRV8908-Q1 , DRV8910-Q1 , DRV8912-Q1
應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)
DRV89XX-Q1 系列的 4、6、8、10 和 12 通道電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)有刷電機(jī)、LED 和電感負(fù)載。通過(guò)利用 SPI，DRV89XX-Q1 系列器件中的每個(gè)通道都可以獨(dú)立配置為半橋、高側(cè)開(kāi)關(guān)或低側(cè)開(kāi)關(guān)。內(nèi)置的 PWM 發(fā)生器、增強(qiáng)的開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)以及電池短路和接地短路保護(hù)等特性，讓該系列器件成為了可驅(qū)動(dòng)多種負(fù)載且極具吸引力的解決方案。本文探討了如何將 DRV89XX-Q1 器件用作高側(cè)或低側(cè)開(kāi)關(guān)，以便開(kāi)關(guān)繼電器線圈或螺線管等電感負(fù)載。
作為高側(cè)或低側(cè)開(kāi)關(guān)的 DRV89XX-Q1 與標(biāo)準(zhǔn)高側(cè)或低側(cè)開(kāi)關(guān)兩者的電路拓?fù)洳⒉幌嗤?a xmlns:opentopic="http://www.idiominc.com/opentopic" class="xref" href="#GUID-32674486-6733-43C3-8726-647440F69002">圖 1 顯示了 DRV89XX-Q1 輸出 MOSFET。從這個(gè)圖可以推斷出，未使用的 MOSFET 的體二極管是無(wú)法斷開(kāi)的。
圖 1-1 DRV89xx-Q1 輸出電路. 開(kāi)關(guān)電感負(fù)載
電感負(fù)載的開(kāi)關(guān)需要特別注意，因?yàn)檫@種操作可能會(huì)導(dǎo)致高壓瞬變，從而損壞開(kāi)關(guān)。如果使用高側(cè)開(kāi)關(guān)來(lái)開(kāi)關(guān)電感器，那么開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)瞬態(tài)電壓。同樣，如果使用低側(cè)開(kāi)關(guān)為電感器供電，則會(huì)產(chǎn)生正瞬態(tài)電壓。這是由電感器中存儲(chǔ)的磁能造成的。為防止造成損害，在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，必須通過(guò)鉗制電感負(fù)載上的電壓將存儲(chǔ)的磁能耗散掉。如圖 2 所示，通常使用 TVS 二極管或鉗位電路來(lái)鉗制電壓。
圖 1-2 用于驅(qū)動(dòng)電感器的高側(cè)開(kāi)關(guān). 選擇合適的鉗位電壓很重要：過(guò)高的鉗位電壓會(huì)損壞驅(qū)動(dòng)器電路，而過(guò)低的鉗位電壓則會(huì)延長(zhǎng)電感器的電流放電時(shí)間。假設(shè)電感器具有理想的電感 L，鉗位電壓為 U；電感器電流為 I，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后電感器電流變?yōu)榱闼璧臅r(shí)間長(zhǎng)度為 T，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間電感器中存儲(chǔ)的能量為
WL = ? × L × I × I。TVS 二極管中耗散的能量為 WTVS = ? × U × I × T。將這兩個(gè)表達(dá)式放在等號(hào)兩側(cè)：? × U × I × T = ? × L × I × I，就可以通過(guò)以下表達(dá)式得出時(shí)間值：T = L × I / U。這個(gè)方程式說(shuō)明了為什么高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)需要更高的鉗位電壓來(lái)減少驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載時(shí)的電流放電時(shí)間。
配有智能高側(cè)開(kāi)關(guān)的電感器電流
TI 的智能高側(cè)開(kāi)關(guān)（如 TPS2HB16-Q1）設(shè)計(jì)有鉗位電路，可產(chǎn)生高鉗位電壓。請(qǐng)注意，此開(kāi)關(guān)沒(méi)有續(xù)流二極管。圖 3 在示波器上顯示了開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后的輸出電壓（青色）和電感器電流（黃色）曲線。負(fù)載為繼電器，線圈電流為 100mA，高側(cè)開(kāi)關(guān)的電源電壓為 12V。該圖表明電感器電流變?yōu)榱闼璧臅r(shí)間很短。如需更多信息，請(qǐng)參閱如何驅(qū)動(dòng)電阻、電感、電容和照明負(fù)載應(yīng)用報(bào)告。該圖是一個(gè)使用 TPS2HB16-Q1 驅(qū)動(dòng)繼電器的示例。
圖 1-3 使用 TPS2HB16-Q1 斷開(kāi)電感負(fù)載. 使用 DRV89xx-Q1 時(shí)的電感器電流
由于未使用 MOSFET 中的體二極管，DRV89XX-Q1 在斷開(kāi)電感負(fù)載時(shí)的表現(xiàn)有所不同。這是因?yàn)轶w二極管充當(dāng)了續(xù)流二極管。
圖 4 在示波器上顯示了同一繼電器的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，輸出電壓（青色）和電感器電流（黃色）的曲線。
圖 1-4 使用 DRV89xx-Q1 斷開(kāi)電感負(fù)載. 從圖 4 可以推斷出，續(xù)流二極管將電感器的負(fù)電壓鉗制在 -0.7V 左右，而電感器的放電時(shí)間約為 3ms。
那么，對(duì)于實(shí)際的接觸釋放而言，這意味著什么呢？圖 5 在示波器上顯示了繼電器線圈電流（綠色）和開(kāi)關(guān)輸出電壓（青色）的曲線。該圖中的黃色曲線為開(kāi)關(guān)輸出電壓。
圖 1-5 用于驅(qū)動(dòng)繼電器線圈的 DRV8912-Q1. 從圖 5 可以推斷出，繼電器觸點(diǎn)在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后 3ms 釋放，這低于此類(lèi)應(yīng)用中繼電器釋放通常所需要的 10ms。
結(jié)論
DRV89xx-Q1 器件除了能夠開(kāi)關(guān)電阻負(fù)載和 LED 外，還可用作高側(cè)或低側(cè)開(kāi)關(guān)來(lái)開(kāi)關(guān)電感負(fù)載。