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1A3941汽车应用的全桥MOSFET驱动器特性与优势全桥N-MOSFET大电流驱动高端和低端PWM开关电荷泵用于低电压源应用TOP-OFF电荷泵实现100%PWM可调死区时间用于横向传导保护5.5至50V电压范围内部包括5V基准电压诊断输出低功耗睡眠模式简述A3941是一个能够驱动外部N沟道MOSFET的全桥驱动器，特别适用于汽车应用的大感性负载，如刷式DC马达。独特的电荷泵能够在电源低至7V时满幅（10V）驱动门极，甚至在5.5V时仍可以进行简单驱动。引导（bootstrap）电容能够提供高于电源的电压来驱动N-MOSFET。内部的电荷泵用于高端的驱动并允许DC（100%占空比）操作。用二极管或同步整流可以实现快速和慢速衰减模式的全桥驱动。慢速衰减模式时，反向电流通过高端或低端FET。同时FET受到电阻调节的死区击穿保护。内部的诊断电路能够指出欠压、超温、桥故障和可配置的多功能MOSFET保护。23456功能描述A3941是一种全桥MOSFET前置驱动器，单7至50V工作电源。内部包含一个5V逻辑电压源。4个高电流门驱动器有能力驱动宽范围的N-MOSFET，它们被配置成2个高端驱动器和2个低端驱动器。A3941包含必要的电路确保在电源低至7V时，FET的高端和低端（G-S）门极电压同时高于10V。假如电压跌落，在5.5V时仍能保证正确的功能，但是会降低门极的驱动电压。A3941可以被MCU输出的单路PWM信号驱动，并可被配置为快速或慢速衰减模式。快速衰减可以提供4象限电机控制，而慢速衰减适合2象限地电机控制或者简单感性负载。慢速衰减模式时，反向电流穿过高端或者低端MOSFET。任何情况下，同步整流可以提高桥的效率。外部桥击穿能够被可调死区避免。低功耗睡眠模式允许A3941、桥和负载连接到车的电源上而不必外加电源开关。A3941包括一些保护功能：欠压、超温和桥故障。故障状态可以被MCU感知，7它有2个故障输出端，FF1和FF2，可以提供给外部。电源单电源有必要通过一个反压保护电路连接到VBB引脚。电源需要连接一个陶瓷电容至GND滤波。VBB电压在7至50V范围内A3941能够进行标准参数的运转，电压低至5.5V时能保证正确的功能。因此它能在复杂的车载（电源）环境下使用。V5脚：内部是一个电压源，用于低电流的外部上拉电阻应用。同时，这个电压源也用于内部逻辑电路，所以用一个至少100nF的电容连接至GND滤波。它在RESET为低时是禁用的。门驱动器A3941设计用于驱动外部的、低导通电阻的N-MOSFET。瞬时它能提供较大的电流用于充电或放电外部FET的门极电容，从而来减少外部FET在开关期间的消耗。充、放电的速度可以被连接在FET门极的外部电阻按系数控制。门驱动电压调整器：内部调整器能够驱动门极并限制其提供的最大电压。当VBB电源超过16V，调整器相当于简单的线性调整器。当低于16V时，电压由起动转换电荷泵维持，同时需要在CP1和CP2引脚间连接一个泵电容。电容最小值为220nF，典型值为470nF。调整器电压标称为13V，可以在VREG脚测试到。一个足够大容量的储能电容需要连接到VREG脚，用来提供低端驱动和引导电容的瞬时电流。TOP-OFF电荷泵:附加的TOP-OFF电荷泵用来供给每一相供电。电荷泵允许维持不确定的外部FET的高端门驱动电压，确保实现100%PWM驱动。它属于低电流电荷泵，仅作用在高端FET开启时。浮动的高端驱动需要一个较小的偏置电流（20uA）维持高电压输出。没有TOP-OFF电荷泵时，偏置电流将通过Cx脚从引导电容汲取。电荷泵供给足够的电流确保引导电压，从而使G-S电压维持在必要的水平。注意作用于高端门的初始开启的必要的电荷总是来自于引导电容。如果引导电容已经放电，TOP-OFF电荷泵不能提供足够的电流允许FET开启。一些应用中，桥的每个FET都有一个安全电阻连接在门极和源极之间。当高端FET保持导通时，电流同时供给这个电阻(RGSH)和高端驱动，所以TOP-OFF电荷泵出现了一个静态的负载。最小的电阻值应参照电气参数表中的电荷泵供应电流。GLA和GLB引脚:这俩脚是外部N-MOSFET的低端门驱动输出。门驱动输出和FET门之间的电阻可以用于控制转变速度，提供一些SA和SB输出的di/dt和dv/dt控制。GLx变成高电平开启驱动的上一半，从外部电桥提供源电流到低端FET使其开启。GLx变成低电平开启驱动的下一半，从LSS脚提供灌电流到外部FET使其关闭。SA和SB引脚:直接连接到马达，这俩连接感应负载两端的电压变化。同时连接到引导电容的负端，作为浮动的高端驱动的负电源。高端门的电荷通过这个连接放电，因此应使用较低的阻抗电路连接至FET桥。8GHA和GHB引脚:这俩脚是外部N-MOSFET的高端门驱动输出。门驱动输出和FET门之间的电阻可以用于控制转变速度，提供一些SA和SB输出的di/dt和dv/dt控制。GHx变成高电平开启驱动的上一半，从外部电桥提供源电流到低端FET使其开启。GHx变成低电平开启驱动的下一半，从相应的Sx脚提供灌电流到外部FET使其关闭。CA和CB引脚:这俩脚是用于高端门驱动所连接的引导电容和正向电源的。当Sx脚输出低电压时，引导电容能够充电接近VERG。当Sx脚输出高电压时，引导电容使相应的Cx端提高电压至高端FET门的开启电压。LSS引脚:这个是FET门的电荷的低端返回通道。应该直接连接到外部FET的低端电源并使用独立的低阻抗通道。RDEAD引脚:这个脚在FET开关时控制内部产生的死区时间。当RDEAD和AGND间的电阻值大于3千欧时门电路就能够防止横向传导，这个受控的时间叫死区，指的是FET关闭和其互补的FET开启之间的时间。死区的时间受控于那个电阻值。当RDEAD直接连接至V5脚时，门电路能够防止横向传导。这时，死区时间的典型值为6us。逻辑控制输入门驱动器包括4个低电压的逻辑输入。这些逻辑输入都具有降低噪声的500mV滞后。它们一起作用于高端和低端的快速衰减或慢速衰减。它们同样控制刹车、滑行和睡眠模式，定义的详情看看table1和2。PWMH和PWML引脚：这些输入可以用于控制电桥的电流。PWMH控制高端电流，PWML控制低端电流。快速衰减模式时同时使用它们控制电桥。详见table2。置低PWMH可以关闭有效的高端驱动器。这样可以进行高端慢速衰减模式PWM控制。置低PWML可以关闭有效的低端驱动器。这样可以进行高端慢速衰减模式PWM控制。PWMH和PWML可以并联在一起使用单PWM信号。这样可以进行快速衰减模式PWM控制。PHASE引脚：它的状态决定着负载电流的方向（见table1）。必要时，它也可以用于4象限控制（快速衰减同步整流）的PWM输入（见table2）。SR引脚：用于允许或禁止同步整流。SR置高时，允许同步整流。当PWM关闭阶段时（任意或全部的PWMH和PWML置低时），已经关闭的MOSFET互补对应的那个MOSFET被同步整流开启。这样确保电流经过较低阻抗的MOSFET，而且要好于经过体二极管。SR置低时，同步整流被禁止。这种状态下，应降低MOSFET的开关频率，减少A3941的功耗。负载感应电流通过高阻抗的MOSFET体二极管，在电桥上消耗了较大的功率。9RESET引脚：低有效输入，使能时A3941进入睡眠模式。当RESET持续低时，电压调整器和内部电路禁用。完全进入睡眠模式之前，调整器退耦和储能电容放电需要一定的延时。视应用的情况和具体参数，典型的需要几毫秒时间。睡眠模式时，VBB的电能消耗降至最低。相应的，锁存状态和故障标志被清除。A3941唤醒时，保护逻辑确保门驱动输出关闭直到电荷泵达到正常的状态。正常情况下，电荷泵需要3ms达到稳定状态。RESET也可以用于清除锁存的故障状态而不进入睡眠模式。得这么干，置低RESET少于复位脉冲时间tRES。这样可以清除所有禁止输出的锁存状态，比如短路保护或者引导电容电压过低。注意：A3941可以配置成没有外部逻辑输入的启动。这么干时，将RESET脚接一个上拉电阻到VBB。这个电阻的值应在20~33千欧。滑行和刹车模式要进入滑行模式，电桥的所有的MOSFET都要关闭，PWMH和PWML应保持低电平，同时SR应置低。使得所有的门驱动都输出低。刹车是通过电桥给负载提供一个短路的通道实现的，使得负载的反电动势产生一个刹车扭矩。刹车状态需要联合控制PWMH、PWML和SR。例如，保持PWML和SR高，PWMH低，10开启所有低端FET短路负载。这个短路通道可以同时使正转或反转的马达刹车。另一个例子，保持SR低，当PWML为高时置PWMH为低，使一个低端的FET使能，刹车电流将通过对应的低端FET的体二极管。这时只能进行一个方向的刹车，因为二极管不允许反转的马达电流通过。同样，交换PWMH和PWML的状态可以使刹车电流可以通过高端开关。诊断器A3941内嵌一些诊断功能能够反应故障的状态，对防止永久的损害来说也是必须的。增加系统故障判断如欠压、超温，监视每个FET的D-G极电压，提供短路保护。诊断控制引脚VDSTH引脚：外部FET的故障是由测量D-S极电压（VDS）实现的，比较每个活跃的FET应用的极限电压和VDSTH输入电压（VDSTH）。为了避免在开关瞬间产生错误的故障判断，进行比较时有一个内部消隐的延时。如果VDSTH引脚的输入电压大于失效的极限电压(VDSDIS),FET的短路保护将失效。VDRAIN引脚：这个低电流传感输入端来至外部电桥的顶部。这个输入允许精确的测量高端FET的消耗电压。电桥FET的正端公共点应该直接连接到电源正极点。VDRAIN脚的输入电流和VDSTH脚电压的比例公式为：I为输入VDRAIN的电流，单位uA,V为VDSTH的电压，单位V。FF1和FF2引脚：这俩时开路输出的故障标志，通过它们的状态能够指出故障现象，见table3。如果同时有2个以上的故障发生，输出的故障状态为所有故障状态的逻辑或。11故障状态超温：如果结温超过极限温度，典型165℃，A3941将进入超温故障状态，FF1将输出高。超温状态和FF1在温度降低至定义的TJF-TJFHYS时将被清除。超温时，所有电路都被禁用，外部控制电路将限制任何形式的电源消耗，防止高温损坏A3941芯片和不确定的操作。VREG欠压：VREG供给低端门驱动和引导电容电流。应确保其在输出前电压足够高。如果VERG电压（VREG）跌落到其极限锁死电压（VREGUVoff），A3941将进入VERG欠压故障状态。这种故障状态时，FF1和FF2将输出高，驱动输出将被禁止。VREG上升到VERG极限解锁电压（VREGUVon）时，故障状态和故障输出将被清除。欠压监控电路在上电时启动，A3941将保持欠压故障状态直到VERG提高到极限解锁电压（VREGUVon）。引导电容欠压：A3941分别监控每个引导电容的电压，确保它们充电到足以提供高端驱动的脉冲电流。在高端驱动启动前，引导电容的并联电压必须高于开启限制电压。如果电压不够高，A3941将激活对应的低端驱动来开始一个引导充电周期。通常，将会在几毫秒内使引导电容电压高于开启电压，然后可以对高端进行驱动。高端驱动开启时将持续监控引导电压，如果电压跌落到关闭电压，将重新开始一个充电周期。另外，当有些故障影响引导电容充电时，充电周期将溢出，故障标志（欠压）被置位，输出被禁止。引导欠压故障状态直到RESET置低后被清除。V5欠压：逻辑电源整流器电压V5的输出也被监控，以确保正确的逻辑功能。如果V5电压跌落到低于V5欠压极限锁定电压（V5Uoff），A3941将进入V5欠压故障状态。这时，FF1和FF2将输出高，驱动输出被禁止。还有，应为此时其它故障状态无法确认，所有的故障状态和标志都被复位并且被V5欠压故障状态替代。例如，V5欠压将复位外部短路故障并替代为V5欠压故障。V5欠压故障状态和标志将在V5电压上升到欠压锁定极限电压（定义为V5Uoff+V5UVhys）以上后清除。上