| 1 引言
---最近幾年,因?yàn)楣嗡�、天窗、門鎖、車窗升降機(jī)、油門踏板、HVAC（暖風(fēng)、通風(fēng)及空調(diào)）、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）等設(shè)備在汽車上廣泛應(yīng)用,汽車使用的電機(jī)的數(shù)量越來越多。
 ---這些應(yīng)用中多數(shù)都使用直流電機(jī),控制這樣的電機(jī)基本上有兩種方式：單極或雙極（雙向）驅(qū)動(dòng)器。
---在單極應(yīng)用中,電瓶電壓只施加在電機(jī)的一個(gè)電極上;這表明控制激勵(lì)器需要一個(gè)串聯(lián)開關(guān)。這個(gè)開關(guān)可以是一個(gè)高側(cè)或一個(gè)低側(cè)開關(guān)：因?yàn)楦邆?cè)開關(guān)還需要一個(gè)電荷泵,所以,低側(cè)開關(guān)自然最容易被這種應(yīng)用選中。由于這種單極拓?fù)鋵傩缘脑?我們只能監(jiān)控電機(jī)的電流（扭力）,而無法監(jiān)控電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。
---雙極驅(qū)動(dòng)技術(shù)經(jīng)常用于半橋拓?fù)洌ㄒ妶D1）,這種結(jié)構(gòu)需要在電瓶和負(fù)載之間放兩個(gè)開關(guān),在負(fù)載和系統(tǒng)接地之間放兩個(gè)開關(guān)。由于這種結(jié)構(gòu)由四個(gè)不同的開關(guān)組成,允許電流雙向流動(dòng),所以,負(fù)載上的電壓和流過的電流的方向可以是任何一個(gè)極性的。 2 意法半導(dǎo)體開發(fā)的半橋器件
 ---ST開發(fā)出一個(gè)全新的用于驅(qū)動(dòng)大電流DC電動(dòng)機(jī)的半橋器件家族。
---這些器件采用一個(gè)創(chuàng)新的MultiPowerSO-30 封裝(見圖2),這是一個(gè)有三個(gè)不同的裸露的導(dǎo)熱棒的多半島封裝,尺寸為16mm×17.2mm×2mm。這個(gè)封裝專門為惡劣的汽車環(huán)境設(shè)計(jì),裸露的芯片焊點(diǎn)提高了封裝的散熱性能。而且,該封裝采用全對(duì)稱機(jī)械設(shè)計(jì),從而大幅度提高了電路板的制造能力。
---該器件家族基本由以下構(gòu)成：
---● 一個(gè)采用VIPower工藝制造的包含所有邏輯器件的雙高側(cè)驅(qū)動(dòng)器。
---● 兩個(gè)不同的采用PowerMESH技術(shù)制造的低側(cè)開關(guān)。
---VNH2SP30 和 VNH3SP30 器件屬于這個(gè)新一代半橋器件：兩個(gè)器件都能預(yù)防最常見的故障,如開路或短路負(fù)載、內(nèi)部結(jié)溫過高、欠壓/過壓。在這些階段,保護(hù)和診斷反饋電路都可以被激活,以預(yù)防可能的故障條件。輸入信號(hào)直接與外部微處理器相連,可以選擇電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和制動(dòng)條件,并能夠監(jiān)控電機(jī)電流。圖3是這些器件的結(jié)構(gòu)框圖。
---由于直流電機(jī)是一個(gè)感應(yīng)負(fù)載,所以,每個(gè)開關(guān)必需有一個(gè)防并聯(lián)的續(xù)流二極管,才能在這個(gè)器件的關(guān)斷階段產(chǎn)生一個(gè)電流回路,以防范峰壓。
 ---這些半橋器件的主要特性：
---● RDS(on):17mΩ每條引線 (高側(cè)+低側(cè)) [VNH2SP30]
---45mΩ每條引線 (高側(cè)+低側(cè)) [VNH3SP30]
---● PWM: 脈寬調(diào)制（PWM）控制整個(gè)半橋負(fù)載上的平均輸出電壓,這些器件的工作頻率可以是：
---10kHz (VNH3SP30)和20kHz (VNH2SP30)。
---● 過流保護(hù)：30A。
---● 電流檢測(僅VNH2SP30有這個(gè)功能)：一個(gè)鏡像電流,與流經(jīng)負(fù)載的主體電流之間存在一個(gè)K比率,用于監(jiān)控電機(jī)的狀態(tài)。
---● 內(nèi)置邏輯電路對(duì)低側(cè)開關(guān)上的壓降Vds與一個(gè)內(nèi)部恒定值進(jìn)行對(duì)比,以檢測VCC、地線或負(fù)載是否短路。
---● 過溫：如果器件在印刷電路板上沒有冷卻所需的充足空間,或者當(dāng)它們過負(fù)載時(shí),器件的自身溫度就會(huì)升高。只要內(nèi)部結(jié)溫達(dá)到150℃（下限）,熱保護(hù)電路就會(huì)自動(dòng)關(guān)斷內(nèi)部器件;當(dāng)內(nèi)部結(jié)溫降到大約15℃時(shí),器件就會(huì)重新照常工作。
---● 過壓、欠壓：當(dāng)輸入電壓超出了[5.5V,,,16V]的范圍, 內(nèi)部電路就會(huì)關(guān)斷VNH2SP30;當(dāng)輸入電壓超出了[5.5V,,,36V]的范圍, 內(nèi)部電路就會(huì)關(guān)斷VNH3SP30。
---● 防交叉導(dǎo)通：雙高側(cè)開關(guān)內(nèi)的邏輯電路可以避免兩個(gè)器件的相同半橋相互導(dǎo)通。
---● 無擊穿問題：這個(gè)保護(hù)功能與電橋結(jié)構(gòu)的一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)問題有關(guān)。如圖1所示,我們假設(shè)左側(cè)對(duì)角（HS1和LS2組）處于導(dǎo)通狀態(tài)。只要外部微處理器關(guān)斷這組對(duì)角,而接通另一組對(duì)角,改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向,導(dǎo)通狀態(tài)就會(huì)從HS1-LS2 轉(zhuǎn)移到HS2-LS1組。
---只要LS1一導(dǎo)通,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)dv/dt 。這個(gè)斜坡可能會(huì)通過高側(cè)Cgd電容耦合起來。在這種情況下,一股與dv/dt成正比的電流經(jīng)過高側(cè)柵/源極電容,給電容器充電,并重新導(dǎo)通場效應(yīng)MOS管。這個(gè)特性的結(jié)果是,一股電流在負(fù)載構(gòu)成旁路,從電瓶流向地線,因?yàn)椴皇茈姍C(jī)的限制,可能會(huì)對(duì)器件造成危害。
---VNHxSP30具有優(yōu)化的柵電荷, 從而避免了這種現(xiàn)象的發(fā)生。
---為執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的正向、逆向和制動(dòng)操作,外部微處理器可以強(qiáng)制電橋的輸入信號(hào)在圖4中按真值表工作(OUTA是左半橋的中點(diǎn),OUTB是右半橋的中點(diǎn)。)
---EN信號(hào)可以啟動(dòng)關(guān)聯(lián)的引線,IN=1狀態(tài)指引線上的關(guān)聯(lián)的高側(cè)開關(guān)HS接通,而低側(cè)開關(guān)LS關(guān)閉(當(dāng) IN=0 時(shí),HS 關(guān)閉,LS 接通)。在所有情況下, PWM信號(hào)的一個(gè)低電平狀態(tài)將會(huì)關(guān)閉兩個(gè)低側(cè)開關(guān)。
---當(dāng)PWM 信號(hào)提高到一個(gè)高邏輯電平時(shí),根據(jù)輸入引線的狀態(tài),LS1或 LS2再次接通。如果出現(xiàn)故障條件,EN信號(hào)在內(nèi)部被降低。可能的故障模式包括：
---a.電源輸出短路接地（高側(cè)開關(guān)內(nèi)置過溫傳感器,以檢測溫度過度升高部分,將故障引線的EN標(biāo)記強(qiáng)制在一個(gè)低邏輯電平狀態(tài)）。
 ---b.過熱(當(dāng)即便沒有制動(dòng)條件而溫度仍然提高時(shí),內(nèi)部熱保護(hù)電路按上述條件工作)。
---EN信號(hào)的監(jiān)測功能描述了電橋的狀態(tài),在任何情況下,當(dāng)檢測到故障時(shí),故障引線就會(huì)被閉鎖,只有輸入信號(hào)的電平從低升到高,才能重新打開相關(guān)的輸出。 3 如何在半橋拓?fù)渲斜Ｗo(hù)反向電瓶
---當(dāng)給半橋器件施加一個(gè)反向極性(高于1.5V),回掃二極管就會(huì)被施加一個(gè)正向偏壓(見圖4)。
---這就是說,流過電橋的大電流如果不加以限制,可能會(huì)擊穿內(nèi)置二極管,顯然,會(huì)毀壞電源開關(guān)。為了保護(hù)這個(gè)器件,可以使用幾種外部保護(hù)器件（見圖5）。
   
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