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[导读]昨天有个概念搞错了,低边驱动并不是单片机输出低电平驱动,而是驱动负载时,通过闭合地线来实现使能。这个和单片机输出电平无关,不过不影响文章整体的阅读体验。

昨天有个概念搞错了,低边驱动并不是单片机输出低电平驱动,而是驱动负载时,通过闭合地线来实现使能。这个和单片机输出电平无关,不过不影响文章整体的阅读体验。


BTS3142D关键参数如下图所示,如进行替换,必须具备以下功能:



  1. NMOS,漏极电流不小于4.6A,导通电阻足够小;

  2. 开漏输出;

  3. 具有过压保护功能;

  4. 具有电流检测功能;

  5. 具有开路检测功能;

  6. 输出外部端口ESD防护。


第一步,选择一个合格的NMOS, ID>4.6A,Rdson越小越好,最好不超过50mΩ;


其实可以看出来低驱集成芯片BTS3142D在ID=4.6A的情况下还能做到Rdson=28mΩ,已经非常出色了。对于负载的驱动,选择MOS管主要看中电流指标,VDS可以适当降低,我发现了NMOS IRLL3303PbF满足此需求,指标如下:VDS=30V, ID=4.6A, Rdson=31mΩ。



第二步,设计MOS管开关电路;



当输入为高电平时,Vgs>Vgs(th),MOS管导通;

当输入为低电平时,Vgs<Vgs(th),MOS管关断。


MOS管的栅源之间存在寄生电容Cgs,电路回路中寄生电感不可避免,开关时容易产生LC震荡。栅极电阻R8小,开关器件导通速度快,开关的损耗小,dV/dt提高,EMI增大;而栅极电阻R8值过大会导致NMOS管的开关速率变慢,开关的损耗变大。因此栅极电阻R8不能太大也不能太小,通常为10~20Ω。


关于EMI和MOS管开关损耗可看下面链接:

DCDC基础(13)-- Buck电路的损耗有哪些?(记一次面试经历)

DCDC基础(12)-- Buck电路的Layout设计与EMI


DZ3 稳压管防止输入电压过大,对后级电路起到保护的作用,由于MOS管VGS最大不超过16V,1N4106稳压典型值为12,满足要求。



R9和C3是选贴的,R9主要是在栅源极之间增加Cgs的泄放通道,提高关断速度;如果GD之间有稳压电路,稳压管的漏电流会提高稳压管的稳压值,此时R9取值需尽量小或者不贴。C3是为了增加导通时间Tr,选贴,值不能太大,通常为Cgs(Cgs=Ciss-Crss)值的一半。


对于电子设计,平衡各种指标是元器件选型的关键,这种能力需要在实践中获取。


第三步,增加过压保护功能;



稳压功能主要是应对感性负载,感性负载开路会产生反向电动势,外部供电为12V,一般为供电电压的2~3倍,此时需要保护MOS管漏极,稳压管1N5254典型值为27V,小于漏极的最大电压30V。


第四步,增加电流检测功能;



主要为了保护MOS管漏极,防止电流过大导致击穿。


第五步,增加开路检测功能;



为什么要加开路检测,这个电路看上去已经没问题了啊,功能都可以满足,这个开路检测是否多余呢?


汽车电子有个FMEA失效模式和影响分析,比如MOSFET发生开路故障,导致不能正确驱动负载,严重度很高,而可探测度却很低,导致RPN值很高,必须要对这个电路采取措施,那么如果加上这个诊断措施,可探测度提高,RPN值就会降低很多。


第六步,增加ESD端口防护;



为什么是27V的TVS?因为商用车的工作电压是24V,需要满足jump start要求,感兴趣的可以了解一下。具体选型可以看看之前的文章:电路防护---TVS选型


最后,增加逻辑反相部分,得到最终电路。(此步骤可省略)



这部分电路可以参考:基础电路学习(6)-- 从深度饱和谈三极管的开关响应


设计时需注意,此类降本设计只需要从板级考虑,满足产品功能即可,不需要过分注重芯片内部设计,如输入ESD就可以忽略,另外要注意电路的面积,不然结构改动又是一笔大的花费。


这时候就可以向老板交差了,哈哈。

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