特征

•6-V至60-V工作電源電壓范圍

•1.7 A源極和2.3 A陷波柵驅動電流能力

•用于減少電磁干擾的轉換速率控制

•具有100%占空比支持的引導門驅動器

•6或3個PWM輸入模式

•增益和偏移可調的雙集成電流分流放大器

•3.3V和5V接口支持

•SPI接口

•保護功能：

–可編程死區控制（DTC）

–可編程過電流保護（OCP）

–PVDD和GVDD欠壓鎖定（UVLO）

–GVDD過壓鎖定（OVLO）

–超溫警告/停機（OTW/OTS）

–通過nFAULT、nOCTW和SPI寄存器報告

應用

•三相無刷直流電動機和永磁同步電動機

•CPAP和泵

•電動自行車

•電動工具

•機器人和鋼筋混凝土玩具

•工業自動化

說明

DRV8303是一種用于三相電機驅動應用的門驅動器IC。它提供三個半橋驅動器，每一個都能驅動兩個N溝道mosfet。它支持高達1.7A電源和2.3A峰值電流能力。DRV8303可以在6-V到60-V的大范圍單電源供電的情況下工作。它使用帶涓流充電電路的自舉門驅動器架構，以支持100%的占空比。DRV8303在高側或低側MOSFET切換時使用自動握手來防止電流擊穿。高、低壓側mosfet的集成VDS傳感用于保護外部功率級免受過電流條件的影響。

DRV8303包括兩個電流分流放大器，用于精確的電流測量。放大器支持雙向電流感應，并提供和可調輸出偏移高達3伏。

SPI接口提供了詳細的故障報告和靈活的參數設置，如電流分流放大器的增益選項和門驅動器的轉換速率控制。

設備信息

（1）、有關所有可用的軟件包，請參閱數據表末尾的訂購附錄。

簡化示意圖

典型特征

詳細說明

概述

DRV8303是一款用于三相電機驅動應用的6-V至60-V柵極驅動IC。該器件通過集成三個半橋驅動器和兩個電流分流放大器來減少外部元件的數量。DRV8303提供過電流、過溫和欠壓保護。除SPI寄存器外，故障狀態還通過nFAULT和nOCTW引腳指示。

可調死區控制和峰值柵極驅動電流允許微調外部mosfet的開關。內部握手用于防止通電。

外部mosfet的VDS傳感允許DRV8303檢測過電流狀況并做出適當的響應。單個MOSFET過電流情況通過SPI狀態寄存器報告。

功能框圖

特性描述

以下各節介紹了DRV8303的特性：

三相門驅動器

半橋驅動器使用帶涓流充電泵的引導配置來支持100%的占空比操作。每個半橋被配置成驅動兩個N溝道mosfet，一個用于高壓側，一個用于低壓側。半橋驅動器可組合用于驅動三相電機，也可單獨用于驅動其他各種負載。

峰值柵極驅動電流和內部死區時間可調，以適應各種外部mosfet和應用。峰值柵極驅動電流通過寄存器設置進行設置，死區時間通過DTC引腳上的外部電阻器進行調整。將故障診斷碼針腳短路至接地將提供最短的死區時間（50 ns）。在開關轉換過程中，高壓側和低壓側mosfet之間有一個內部的握手，以防止電流擊穿。

三相柵極驅動器可提供高達30毫安的平均柵極驅動電流。當MOSFET Qg=25nc時，這將支持高達200khz的開關頻率。

每個MOSFET柵極驅動器都有一個VDS感測電路，用于過電流保護。當MOSFET啟動時，檢測電路測量從漏極到外部MOSFET源的電壓。將該電壓與編程的觸發點進行比較，以確定是否發生過電流事件。高側感位于PVDD1和SH U X引腳之間。低端感測器位于SH_X和SL_X引腳之間。確保這些線路與外部mosfet的差分低阻抗連接將有助于提供精確的VDS傳感。

DRV8303允許通過寄存器設置進行6-PWM和3-PWM控制。

電流分流放大器

DRV8303包括兩個高性能電流分流放大器，以精確的低側，在線電流測量。

電流分流放大器通過SPI寄存器有4個可編程增益設置。它們是10、20、40和80 V/V。

它們提供高達3V的輸出偏移，以支持雙向電流感應。偏移設置為參考引腳（REF）上電壓的一半。

為了最小化直流偏移和溫度漂移，可通過直流校準引腳或SPI寄存器提供校準方法。當啟用直流校準時，裝置將使電流分流放大器的輸入短路并斷開負載。直流校準可以在任何時候進行，甚至在MOSFET開關期間，因為負載是斷開的。為了獲得最佳結果，在無負載的情況下，在關閉期間執行直流校準，以減少對放大器的潛在噪聲影響。

電流分流放大器的輸出可計算為：

其中：

•VREF是參考電壓（參考引腳）

•G是放大器的增益（10、20、40或80 V/V）

•SNX和SPx是通道x的輸入。SPx應連接到感應電阻器的接地側，以實現嵌套共模抑制。

圖6顯示了電流放大器的簡化框圖。

保護特性

DRV8303提供了廣泛的保護功能和故障狀態報告。DRV8303具有IC的欠壓和過熱保護。它也有過流和欠壓保護MOSFET功率級。在故障關閉條件下，所有的門驅動器輸出將保持低，以確保外部mosfet處于高阻抗狀態。

功率級保護

DRV8303為MOSFET功率級提供過流和欠壓保護。在故障關閉條件下，所有門驅動器輸出將保持低，以確保外部FET處于高阻抗狀態。

過電流保護（OCP）和報告

為了保護功率級不受過大電流的損壞，在DRV8303中實現了VDS傳感電路。基于外部mosfet的RDS（on）和最大允許id，可以確定一個電壓閾值，以便在超過時觸發過流保護功能。電壓閾值通過SPI寄存器編程。過電流保護應僅作為保護方案使用；不應作為精確的電流調節方案。對于VDS跳閘點，各通道之間的公差可高達20%。

當MOSFET啟動時，VDS檢測電路測量從漏極到外部MOSFET源的電壓。高側感位于PVDD和SH U X引腳之間。低端感測器位于SH_X和SL_X引腳之間。確保這些線路與外部mosfet的差分低阻抗連接將有助于提供精確的VDS傳感。

有四種不同的過電流模式（OC峎u模式），可通過SPI寄存器進行設置。OC狀態位在鎖存模式下工作。當出現過電流情況時，相應的OC狀態位將鎖存在DRV8303寄存器中，直到故障復位。

1.限流模式：在電流限制模式下，設備在過電流事件期間使用電流限制而不是設備關閉。在此模式下，設備通過nOCTW引腳報告過電流事件。nOCTW引腳將在最長64μs時間段（內部定時器）或直到下一個PWM周期保持低電平。如果另一個MOSFET觸發了另一個過電流事件，在之前的過電流事件中，報告將繼續進行64μs的另一個周期（內部計時器將重新啟動），或直到兩個PWM信號循環。對于檢測到過電流的MOSFET，將斷言相關的狀態位。限流模式下有兩個電流控制設置。它們在SPI寄存器中按一位設置。默認模式為循環循環（CBC）。

–循環模式（CBC）：在CBC模式下，檢測到過電流的MOSFET將關閉，直到下一個PWM周期。

–關閉時間控制模式：在關閉時間模式下，檢測到過電流的MOSFET在64μs時間段內被禁用（由內部計時器設置）。如果在另一個MOSFET中檢測到過電流，定時器將在另一個64μs的時間段內復位，并且兩個MOSFET將在這段時間內被禁用。在此期間，特定MOSFET的正常工作可以通過相應的PWM周期恢復。

2.OC閂鎖關閉模式：當發生過電流事件時，相應半橋中的高壓側和低壓側MOSFET都將被禁用。檢測到過電流的MOSFET的nFAULT引腳、nFAULT status位和OC status位將鎖定，直到通過柵極復位位或快速EN_柵極復位脈沖將故障復位。

3.僅報告模式：當發生過電流事件時，在此模式下不會采取任何保護措施。過電流事件將通過nOCTW引腳（64μs脈沖）和SPI狀態寄存器報告。外部MCU應根據其自身的控制算法采取行動。

4.OC禁用模式：設備將忽略并不報告所有過電流檢測。

欠壓保護（UVLO）

為了在啟動、關閉和其他可能的欠壓條件下保護功率輸出級，DRV8303通過在PVDD或GVDD低于其欠壓閾值（PVDD_-UV/gVD_-UV）時驅動柵極驅動輸出（GH_X、GL_X）來提供欠壓保護。這將使外部mosfet處于高阻抗狀態。當設備處于PVDD_-UV中時，它不會響應SPI命令，SPI寄存器將恢復為其默認設置。

從13到15μs的特定PVDD欠壓瞬態斷電可能會導致DRV8303對外部輸入無響應，直到整個電源循環。瞬態條件包括PVDD大于PVDD_UV電平，然后PVDD下降到PVDD_UV電平以下，持續特定時間13到15μs。

小于或大于13至15μs的瞬態不會影響欠壓保護的正常工作。額外的體積電容可以添加到PVDD中，以減少欠壓瞬態。

過電壓保護（GVDD_-OV）

如果GVDD電壓超過GVDD_OV閾值，設備將關閉柵極驅動器和電荷泵，以防止與GVDD引腳或電荷泵相關的潛在問題（例如，外部GVDD蓋或電荷泵短路）。該故障為閉鎖故障，只能通過EN_門引腳上的復位轉換來復位。

超溫保護

實現了兩級超溫檢測電路：

•1級：超溫警告（OTW）

OTW通過nOCTW引腳（過流溫度警告）報告，用于默認設置。OCTW引腳只能通過SPI命令設置為報告OTW或OCW。參見SPI寄存器部分。

•2級：門驅動器和電荷泵（OTSD_gate）的超溫（OT）鎖定關閉

故障將報告給nFAULT引腳。這是一個閉鎖關閉，因此即使OT狀態不再存在，門驅動器也不會自動恢復。在溫度低于預設值tOTSD\U CLR后，需要通過引腳或SPI（復位門）復位門驅動器，使其恢復正常運行。

SPI操作仍然可用，只要PVDD仍在定義的操作范圍內，OTSD操作期間寄存器設置將保留在設備中。

故障及保護處理

nFAULT引腳表示發生了關機時的錯誤事件，例如過電流、過溫、過壓或欠壓。注意nFAULT是一個漏極開路信號。當門驅動器在啟動過程中準備好接收PWM信號時，nFAULT將變高（內部EN_gate變高）。

nOCTW引腳表示與停機無關的過電流事件和過熱事件。

以下是所有保護功能及其報告結構的摘要：

啟停順序控制

在通電期間，所有門驅動輸出保持在低水平。門驅動器和電流分流放大器的正常工作可以通過將EN_門從低狀態切換到高狀態來啟動。如果不存在錯誤，DRV8303準備好接受PWM輸入。只要PVDD在功能范圍內，即使在門禁用模式下，柵極驅動器也可以控制功率場效應晶體管。

從SDO到VDD_SPI之間有一個內部二極管，因此VDD_SPI需要始終以與其他SPI設備相同的功率電平供電（如果有來自其他設備的SDO信號）。在SDO引腳上出現任何信號之前，VDD U SPI電源應首先通電，在SDO引腳完成所有通信后關閉電源。

設備功能模式

EN_GATE

EN_GATE low用于將柵極驅動器、電荷泵、電流分流放大器和內部調節塊置于低功耗模式以節省能源。在此狀態期間不支持SPI通信。只要PVDD仍然存在，器件將把MOSFET輸出級置于高阻抗模式。

當EN_GATE pin到high時，它將經歷一個加電序列，并啟用柵極驅動器、電流放大器、電荷泵、內部調節器等，并重置與柵極驅動器塊相關的所有鎖定故障。它還將重置SPI表中的狀態寄存器。除非故障仍然存在，否則當在錯誤事件后切換EN_GATE時，所有鎖定的故障都可以復位。

當EN_門從高到低時，它會立即關閉柵極驅動塊，因此柵極輸出可以使外部fet處于高阻抗模式。然后它將等待10秒，然后完全關閉其余的街區。快速故障復位模式可以通過短時間（小于10μS）切換EN_GATE引腳來實現。這將防止設備關閉其他功能塊，如電荷泵和內部調節器，并帶來更快和簡單的故障恢復。SPI仍然可以在這種快速的門重設模式下工作。

重置所有故障的另一種方法是使用SPI命令（reset_GATE），它將只重置門驅動器塊和所有SPI狀態寄存器，而不關閉其他功能塊。

一個例外是重置GVDD_-OV故障。快速門快速故障復位或SPI命令復位在GVDD\U OV故障下不起作用。復位GVDD_OV故障需要一個低電平保持時間超過10μS的完整EN_GATE。TI強烈建議在發生GVDD_OV時檢查系統和板。

故障診斷碼

死區時間可通過DTC引腳編程。在故障診斷碼（DTC）與接地之間應連接一個電阻，以控制死區時間。死區時間控制范圍從50納秒到500納秒。DTC針腳對地短路將提供最短的死區時間（50 ns）。電阻范圍為0 kΩ至150 kΩ。死區時間在這個電阻范圍內線性設定。

電流直通保護將始終在裝置中啟用，與死區時間設置和輸入模式設置無關。

賣方盡職調查

VDD_SPI是SDO引腳的電源。它必須連接到MCU用于SPI操作的同一電源（3.3V或5V）。

在通電或斷電瞬態過程中，VDD_SPI引腳可能很快為零電壓。在此期間，系統中任何其他設備的SDO引腳不應出現任何SDO信號，因為這會導致DRV8303中的寄生二極管從SDO導至VDD U SPI引腳短路。在系統電源順序設計中應考慮和防止這一點。

直流電

當直流校準被啟用時，裝置將短路并聯放大器的輸入并斷開與負載的連接，因此外部微控制器可以進行直流偏移校準。直流偏移校準也可以用SPI命令完成。如果只使用SPI進行直流校準，則直流電插頭可以連接到GND。

編程

SPI通信

SPI

DRV8303SPI作為從機運行。SPI輸入（SDI）數據格式由一個16位字和1個讀/寫位、4個地址位和11個數據位組成。SPI輸出（SDO）數據格式由一個16位字和1個幀故障位、4個地址位和11個數據位組成。當一個幀無效時，幀故障位將設置為1，其余的位將移出為0。

有效幀必須滿足以下條件：

•當NSC變低時，時鐘必須較低。

•應有16個完整的時鐘周期。

•當NSC變高時，時鐘必須較低。

當nSCS被斷言為高電平時，SCLK和SDI引腳上的任何信號都被忽略，SDO被強制進入高阻抗狀態。當nSCS從高變低時，SDO被啟用，SDO響應字基于先前的SPI輸入字加載到移位寄存器中。

當nSCS轉換為低電平時，SCLK引腳必須為低電平。當nSCS較低時，在時鐘的每個上升沿，響應字在SDO管腳上串行移出，MSB首先移出。

當SCS較低時，在時鐘的每個下降沿處，在SDI引腳上對新輸入字進行采樣。SPI輸入字被解碼以確定寄存器地址和訪問類型（讀或寫）。MSB將首先在中移位。只要nsc保持低活動狀態，任何時間段都可以在位之間傳遞。這允許使用兩個8位字。如果發送到SDI的輸入字小于16位或大于16位，則視為幀錯誤。如果是寫命令，數據將被忽略。下一個SDO響應字中的故障位將報告1。在第16個時鐘周期之后或當nsc從低到高轉換時，SDI移位寄存器數據被傳輸到鎖存器中，在該鎖存器中對輸入字進行解碼。

對于發送到SDI的讀取命令（第n個周期），SDO將在下一個周期中用指定地址的數據進行響應。（N+1）

對于發送到SDI的寫入命令（第N個周期），SDO將在下一個周期（N+1）中用狀態寄存器1（0x00）中的數據進行響應。此功能旨在在有多個寫命令時最大限度地提高SPI通信效率。

應用與實施

注釋

以下應用章節中的信息不是TI組件規范的一部分，TI不保證其準確性或完整性。TI的客戶負責確定組件的適用性。客戶應驗證和測試其設計實現，以確認系統功能。

申請信息

DRV8303是一種柵極驅動器，用于驅動三相無刷直流電機和外部功率MOSFET。該器件提供了三個半橋門驅動器、兩個電流分流放大器和過流保護的高集成度。

門驅動器加電順序勘誤表

在門極電壓大于1的情況下（如果PVDU的電壓大于1，則PVDEN驅動可能不正確）。當DRV8301通過EN_GATE啟用時，應確保SH_X引腳上的電壓水平低于8.5 V，從而避免這種順序。

典型應用

設計要求

表13顯示了該示例的設計參數。

詳細設計程序

門驅動器平均電流負載

DRV8303的柵極驅動電源（GVDD）可向外部功率MOSFET提供高達30毫安（RMS）的電流。使用方程式3確定閘門驅動電源上的近似均方根負載：柵極驅動均方根電流=MOSFET Qg×開關MOSFET個數×開關頻率

例子：7.83 mA = 29 nC × 6 × 45 kHz

這只是一個粗略的近似值。

過流保護設置

V830側的高電流保護通過兩個VDFET3側的MOSFET3提供。它們是為了在過電流條件下保護MOSFET，而不是用于精確的電流調節。

過流保護通過監測外部MOSFET的VDS電壓并將其與OC_ADJ_SET寄存器值進行比較來工作。如果VDS超過OC_ADJ_設置值，DRV8303根據OC_MODE寄存器采取行動。

過電流跳閘=OC_ADJ_SET/MOSFET RDS（on）

例子：26.17 A = 0.123 V/ 4.7 mΩ

MOSFET RDS（on）隨溫度變化，這將影響過電流跳閘水平。

感測放大器設置

DRV8303提供兩個雙向低側電流分流放大器。這些可用于感測三個半橋的和，兩個半橋分別，或與一個附加的分路放大器一起單獨感測所有三個半橋。

1. 確定電機需要的峰值電流（IMAX）。這將取決于電機參數和您的具體應用。本例中的I（MAX）為14A。

2. 確定電流分流放大器的可用電壓范圍。這將是放大器參考電壓（VREF）的±一半。在這種情況下，可用范圍為±1.65 V。

3. 確定感測電阻值和放大器增益設置。對于感測電阻值和放大器增益有共同的權衡。感測電阻值越大，半橋電流的分辨率越好。這是以傳感電阻消耗的額外功率為代價的。一個更大的增益值將允許你減少感應電阻，但代價是增加輸出信號中的噪聲。本例使用0.01-Ω感測電阻器和DRV8303的最小增益設置（10 V/V）。這些值允許電流分流放大器測量±16.5 A（14A要求的一些額外裕度）。

應用曲線

電源建議

本體電容

具有合適的局部體積電容是電機驅動系統設計的一個重要因素。一般來說，有更多的體積電容是有益的，但缺點是成本和物理尺寸增加。

所需的本地電容量取決于多種因素，包括：

•電機系統所需的最高電流

•電源的電容及其產生或吸收電流的能力

•電源和電機系統之間的寄生電感量

•可接受的電壓紋波

•使用的電機類型（有刷直流、無刷直流、步進電機）

•電機制動方法

電源和電機驅動系統之間的電感會限制電源電流的變化率。如果局部大容量電容太小，系統將對過大的電流需求作出響應，或者隨著電壓的變化而從電機中卸載。當使用足夠的大容量電容時，電機電壓保持穩定，并能快速提供大電流。

數據表通常提供建議值，但需要進行系統級測試以確定適當尺寸的大容量電容器。

大容量電容器的額定電壓應高于工作電壓，以便在電機向電源傳輸能量時提供裕度。

布局

布局指南

在為DRV8303設計PCB時使用這些布局建議。

•DRV8303通過電源板與GND進行電氣連接。始終檢查以確保PowerPAD已正確焊接（參見PowerPAD™ 《熱增強包裝應用報告》（SLMA002）。

•PVDD旁路電容器應放置在靠近其相應引腳的位置，并通過低阻抗路徑連接至設備GND（PowerPAD）。

•GVDD旁路電容器應放置在靠近其相應引腳的位置，其低阻抗路徑連接至設備GND（電源板）。

•AVDD和DVDD旁路電容器應放置在靠近其相應引腳的位置，并通過低阻抗路徑連接至AGND引腳。最好在同一層進行這種連接。

•AGND應通過低阻抗跟蹤/銅填充連接到設備GND（PowerPAD）。

•添加縫合過孔，以降低從上到下的GND路徑的阻抗。

•盡量清理DRV8303周圍和下方的空間，以便更好地從電源板散發熱量。

布局示例

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