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英飛凌的MOTIX™ MCU(SoC)家族產(chǎn)品集成了驅(qū)動(dòng)電機(jī)所有基本的模塊，包括LDO，MCU，bridge driver，current sense amplifier, CAN/LIN收發(fā)器，高壓檢測等模塊。在過去十多年的汽車小電機(jī)應(yīng)用上，該系列產(chǎn)品已得到廣泛使用。TLE989x作為全新產(chǎn)品，它的預(yù)驅(qū)模塊也集成了英飛凌最新技術(shù)，那究竟有哪些神奇的功能呢？讓我一探究竟吧。 Active/Free wheeling 檢測功能 在電機(jī)控制過程中，電流有時(shí)從控制器流向電機(jī)，有時(shí)反向。在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，高邊和低邊的MOS都沒有開啟，此時(shí)電流方向如下圖FW線所示。 如果電流流向控制器(電機(jī))，那么只能通過高邊(低邊)MOS的體二極管流向電源(大地)。此時(shí)，我們稱高邊(低邊)為free wheeling MOS，對應(yīng)的另一側(cè)低邊(高邊)為active MOS。 
如果低邊是active MOS，高邊是free wheeling MOS。那么在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，因?yàn)殡娏鹘?jīng)過高邊二極管流向電源，所以VSHx=VVSD+Vdiode，如下圖左側(cè)所示。反之，VSHx=VSL-Vdiode，如下圖右側(cè)所示。 在高邊或者低邊處于free wheeling狀態(tài)時(shí)，我們可以看到在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，VSH的電壓差別很大。因?yàn)�，TLE989x通過檢測死區(qū)時(shí)間內(nèi)的VSH電壓，從而判斷哪個(gè)mos是free wheeling狀態(tài)。
如下圖測試結(jié)果所示，1號(hào)通道是判斷結(jié)果，2號(hào)通道是PWM波形。因?yàn)樵谌郆LDC的FOC控制過程中，相電流是正弦波，所以可以得到1號(hào)通道所示的判斷結(jié)果在不斷變化。
時(shí)間測量功能 每個(gè)半橋在SH引腳處提供兩個(gè)高速電壓比較器，用于測量外部MOSFET導(dǎo)通或關(guān)斷期間SH電壓斜率的開始和結(jié)束。 如下圖低邊MOS控制信號(hào)示意圖所示，在相應(yīng)PWM控制信號(hào)的每次轉(zhuǎn)換時(shí)進(jìn)行時(shí)間測量并把結(jié)果存儲(chǔ)到寄存器。高邊時(shí)間測量是類似的原理。
自適應(yīng)電流驅(qū)動(dòng)功能 MOS開關(guān)速度越快(慢)， 其功耗越低(高)，但EMC性能越差(好)。所以用戶不得不在功耗和EMC性能指標(biāo)上，通過調(diào)整開關(guān)速度，平衡二者關(guān)系。 如下圖所示，自適應(yīng)控制模式基于上一章節(jié)測到的開關(guān)時(shí)間，通過調(diào)整充放電電流大小，達(dá)到用戶設(shè)定的開關(guān)目標(biāo)時(shí)間。這極大降低了用戶的工作量，而且一定程度上可以補(bǔ)償MOS和預(yù)驅(qū)的參數(shù)離散性。
如果MOS處于free wheeling狀態(tài)，在開啟和關(guān)閉之前，電流已經(jīng)通過MOS體二極管達(dá)到最大值。此時(shí)，用戶只需要重點(diǎn)關(guān)注功耗，盡快打開MOS，降低損耗。所以采用constant mode是最佳選擇。如果MOS處于active狀態(tài)，在開啟和關(guān)閉之前，其電流為0，在開關(guān)過程中，電流將會(huì)從free wheeling MOS逐漸切換到active MOS，所以需要控制電流的斜率dI/dt，采用sequencer mode是最佳選擇。 基于此，TLE989x/8x可以基于前文介紹的active/freewheeling狀態(tài)檢測的結(jié)果，硬件自動(dòng)在constant和sequencer mode之間選擇。其實(shí)測效果如下圖所示，第一相的相電流大于0，低邊MOS是free wheeling狀態(tài)。所以其開關(guān)模式是constant mode，只能看到一個(gè)電流峰值，也是設(shè)置最快速度開關(guān)MOS，進(jìn)而在不影響EMC性能的前提下，盡可能降低開關(guān)損耗。第二相的相電流小于0，其低邊MOS屬于active，所以其開關(guān)模式是sequencer mode，可以看到多個(gè)電流峰值。
停機(jī)狀態(tài)下的短路和開路檢測功能 隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，電機(jī)故障的快速檢測變得尤為重要。英飛凌的驅(qū)動(dòng)技術(shù)在這方面提供了一項(xiàng)創(chuàng)新的解決方案：無需打開驅(qū)動(dòng)，即可檢測電機(jī)短路和開路的情況。本節(jié)將詳細(xì)解析這一功能的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法。 一、電機(jī)短路檢測 在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，短路故障是常見的問題之一。英飛凌的驅(qū)動(dòng)技術(shù)通過巧妙的電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在不啟用驅(qū)動(dòng)的情況下檢測短路的能力。其工作原理如下： a. 電路配置 當(dāng)啟用HB上的上MOSFET的下拉診斷電流源（IPddiag）時(shí)，上拉診斷電流源（IPudiag）默認(rèn)處于啟用狀態(tài)。這種配置形成了一個(gè)固定電平，電約為1.5V。 b. 短路到地檢測 如果電機(jī)存在短路到地的情況，LS DS檢測比較器會(huì)感知到異常。此時(shí)，LS DS比較器的輸出為0，并置位相關(guān)的狀態(tài)位，以指示故障的發(fā)生。 c. 短路到電源檢測 類似地，當(dāng)電機(jī)發(fā)生短路到電源時(shí)，HS DS檢測比較器會(huì)檢測到異常。HS DS比較器的輸出同樣為0，并置位相關(guān)的狀態(tài)位，提示系統(tǒng)存在短路到電源的故障。 通過這種方式，系統(tǒng)可以在不啟用驅(qū)動(dòng)的情況下，快速判斷電機(jī)的短路故障類型。 二、電機(jī)開路檢測 除了短路檢測，英飛凌的驅(qū)動(dòng)技術(shù)還支持電機(jī)開路的檢測。這種檢測方法同樣依賴于診斷電流源的配置和比較器的閾值設(shè)置。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下： a. 電路配置 要檢測HB1的開路情況，需啟用HB2和HB3的上拉診斷電流源（IPudiag）。此時(shí)，比較器的閾值設(shè)置為最大值。 b. 正常狀態(tài)檢測 如果HB1未發(fā)生開路故障，由于上拉和下拉診斷電流源的比例關(guān)系，SH點(diǎn)的電壓會(huì)穩(wěn)定在約1.5V。 c. 開路狀態(tài)檢測 如果HB1發(fā)生開路，SH點(diǎn)的電壓會(huì)由于上拉診斷電流源的作用，略高于母線電壓。這種電壓變化會(huì)觸發(fā)HS DS檢測比較器，置位相關(guān)狀態(tài)位以指示開路故障。 然后通過依次啟用HB2和HB3的上拉診斷電流源，系統(tǒng)可以按照相同的流程檢測HB2和HB3的開路情況。 注意事項(xiàng): 在啟用下拉診斷電流源時(shí)，需等待一段時(shí)間（時(shí)間與電機(jī)感量有關(guān)），以確保電平達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后再進(jìn)行診斷。官方提供了樣例函數(shù)供用戶參考。
TLE9893通過精巧的電路設(shè)計(jì)和診斷邏輯，實(shí)現(xiàn)了在不啟用驅(qū)動(dòng)的情況下檢測電機(jī)短路和開路的功能。這種方法不僅提高了系統(tǒng)的安全性，還節(jié)省了能耗，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性提供了有力保障。 Vds保護(hù)功能 在驅(qū)動(dòng)工作的時(shí)候，為了保護(hù)MOS不會(huì)因?yàn)槎搪罚蓖ǖ裙收蠠龤�。�?qū)動(dòng)還帶有對開關(guān)狀態(tài)的 MOS DS 電壓檢測 以及比較器保護(hù)功能。 如下圖所示，VDS的比較器閾值可設(shè)置從0.125V一直到1.75V。分辨率在0.25V一檔。比較器的相應(yīng)時(shí)間較快加上相應(yīng)的濾波，us級別就可以觸發(fā)硬件級別的橋驅(qū)關(guān)斷。 同時(shí)在 VDH引腳，SH引腳，都芯片內(nèi)部連接到了 AD接口�？梢暂o助作為診斷。
上面所說的 VDS檢測主要用于短路保護(hù)。對于基于詳細(xì)電流閾值的保護(hù)，用戶可以使用TLE9893運(yùn)放模塊集成的比較器，該模塊可以設(shè)定各種閾值，也會(huì)在 us級別相應(yīng)。 同時(shí)CSA的輸出內(nèi)部連接到AD，做輔助檢測。 兩級電荷泵 TLE9893內(nèi)部集成兩級charge pump�？梢耘渲贸蓛杉壒ぷ鳎部梢耘渲贸勺詣�(dòng)根據(jù)VSD的ADC的比較輸出來切換，閾值可以自己設(shè)置。這樣在電壓下降的情況下，也可以切換成一級charge pump 來節(jié)約電流消耗。內(nèi)部charge pump 時(shí)鐘也是自帶硬件抖頻功能。 TLE9893帶有 VCP和 VSD的差值比較器，在電壓過低的時(shí)候可以直接置位關(guān)掉預(yù)驅(qū)，降低系統(tǒng)不確定性。VCP和 VSD也會(huì)同時(shí)連接到 ADC來輔助判斷 寫在最后 除了上文提到的各種先進(jìn)的功能外，TLE989x的預(yù)驅(qū)模塊還集成了以下豐富的功能： ● 低功耗模式下的反向電動(dòng)勢過壓喚醒功能。喚醒以后，用戶可以通過軟件進(jìn)行制動(dòng)，從而減小反向電動(dòng)勢對機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子器件帶來的不利影響。 ● 過溫保護(hù)，過壓保護(hù)等基本功能。 英飛凌先進(jìn)的預(yù)驅(qū)技術(shù)，不僅能為用戶設(shè)計(jì)帶來便利，而且能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
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