應用簡報

DRV89XX-Q1 系列的 4、6、8、10 和 12 通道電機驅動器用于驅動有刷電機、LED 和電感負載。通過利用 SPI，DRV89XX-Q1 系列器件中的每個通道都可以獨立配置為半橋、高側開關或低側開關。內置的 PWM 發生器、增強的開路負載檢測以及電池短路和接地短路保護等特性，讓該系列器件成為了可驅動多種負載且極具吸引力的解決方案。本文探討了如何將 DRV89XX-Q1 器件用作高側或低側開關，以便開關繼電器線圈或螺線管等電感負載。

作為高側或低側開關的 DRV89XX-Q1 與標準高側或低側開關兩者的電路拓撲并不相同。圖 1 顯示了 DRV89XX-Q1 輸出 MOSFET。從這個圖可以推斷出，未使用的 MOSFET 的體二極管是無法斷開的。

圖 1-1 DRV89xx-Q1 輸出電路.

開關電感負載

電感負載的開關需要特別注意，因為這種操作可能會導致高壓瞬變，從而損壞開關。如果使用高側開關來開關電感器，那么開關在斷開時會產生負瞬態電壓。同樣，如果使用低側開關為電感器供電，則會產生正瞬態電壓。這是由電感器中存儲的磁能造成的。為防止造成損害，在斷開開關時，必須通過鉗制電感負載上的電壓將存儲的磁能耗散掉。如圖 2 所示，通常使用 TVS 二極管或鉗位電路來鉗制電壓。

圖 1-2 用于驅動電感器的高側開關.

選擇合適的鉗位電壓很重要：過高的鉗位電壓會損壞驅動器電路，而過低的鉗位電壓則會延長電感器的電流放電時間。假設電感器具有理想的電感 L，鉗位電壓為 U；電感器電流為 I，開關斷開后電感器電流變為零所需的時間長度為 T，開關斷開瞬間電感器中存儲的能量為
WL = ? × L × I × I。TVS 二極管中耗散的能量為 WTVS = ? × U × I × T。將這兩個表達式放在等號兩側：? × U × I × T = ? × L × I × I，就可以通過以下表達式得出時間值：T = L × I / U。這個方程式說明了為什么高側和低側開關需要更高的鉗位電壓來減少驅動電感負載時的電流放電時間。

配有智能高側開關的電感器電流

TI 的智能高側開關（如 TPS2HB16-Q1）設計有鉗位電路，可產生高鉗位電壓。請注意，此開關沒有續流二極管。圖 3 在示波器上顯示了開關斷開后的輸出電壓（青色）和電感器電流（黃色）曲線。負載為繼電器，線圈電流為 100mA，高側開關的電源電壓為 12V。該圖表明電感器電流變為零所需的時間很短。如需更多信息，請參閱如何驅動電阻、電感、電容和照明負載應用報告。該圖是一個使用 TPS2HB16-Q1 驅動繼電器的示例。

圖 1-3 使用 TPS2HB16-Q1 斷開電感負載.

使用 DRV89xx-Q1 時的電感器電流

由于未使用 MOSFET 中的體二極管，DRV89XX-Q1 在斷開電感負載時的表現有所不同。這是因為體二極管充當了續流二極管。

圖 4 在示波器上顯示了同一繼電器的開關斷開后，輸出電壓（青色）和電感器電流（黃色）的曲線。

圖 1-4 使用 DRV89xx-Q1 斷開電感負載.

從圖 4 可以推斷出，續流二極管將電感器的負電壓鉗制在 -0.7V 左右，而電感器的放電時間約為 3ms。

那么，對于實際的接觸釋放而言，這意味著什么呢？圖 5 在示波器上顯示了繼電器線圈電流（綠色）和開關輸出電壓（青色）的曲線。該圖中的黃色曲線為開關輸出電壓。

圖 1-5 用于驅動繼電器線圈的 DRV8912-Q1.

從圖 5 可以推斷出，繼電器觸點在開關斷開后 3ms 釋放，這低于此類應用中繼電器釋放通常所需要的 10ms。

結論

DRV89xx-Q1 器件除了能夠開關電阻負載和 LED 外，還可用作高側或低側開關來開關電感負載。