IPS8160HQ系列八通道高侧驱动器技术解析与应用指南

STMicroelectronics IPS8160HQ八通道高侧驱动器是采用VIPower M0-3技术设计的单片器件，可驱动任何类型一侧接地的负载。这些驱动器具有CMOS兼容输入、极低待机电流、欠压关断以及具有输出电流限制的过载和短路保护特性。IPS8160HQ高侧驱动器还具有外壳过热保护功能，可实现通道的热独立性，防止出现虚接地，并设有热关断诊断引脚。

数据手册：*附件：STMicroelectronics IPS8160HQ八通道高侧驱动器数据手册.pdf

IPS8160Hx高侧驱动器可由3.3V逻辑电源驱动。这些高侧驱动器提供有源电流限制、热关断以及防止过载的自动重启保护。在过载条件下，通道自动关闭和打开，以保持TJSD 和 TR之间的结温。 IPS8160HQ高侧驱动器设计用于符合IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4和IEC 61000-4-5标准。这些高侧驱动器适合用于符合IEC 61131标准的工业应用。典型应用包括可编程逻辑控制、自动售货机、工业PC外设输入/输出和数字控制机器。

特性

• 工作输出电流：
  • 0.7A (IPS8160HQ)
  • 1.0A (IPS8160HQ-1)
• CMOS兼容输入
• 超低待机电流
• 欠压关断
• 结温过热保护
• 接地失效保护
• 热关断诊断引脚
• 过载和短路保护，具有输出电流限制功能
• 外壳过热保护，可实现通道的热独立性
• 设计符合IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4和IEC 61000-4-5标准
• QFN48L 8mm x 6mm x 0.9mm封装

框图

‌IPS8160HQ系列八通道高侧驱动器技术解析与应用指南‌

一、核心特性与产品定位

IPS8160HQ和IPS8160HQ-1是意法半导体采用VIPower M0-3技术制造的单片八通道高侧驱动器，专为驱动接地负载设计。二者主要差异在于输出电流能力：

• IPS8160HQ：每通道0.7A持续工作电流
• IPS8160HQ-1：每通道1.0A持续工作电流

‌核心技术优势‌：

• 兼容3.3V CMOS逻辑电平
• 超低待机电流（典型值150μA）
• 集成多重保护机制（欠压关断、过流/短路保护、结温/外壳温度保护）
• 符合IEC 61000-4-2/4/5电磁兼容标准
• QFN48L 8×6×0.9mm紧凑封装

二、关键电气参数深度解析

2.1 功率处理能力

• ‌工作电压范围‌：10.5V至32V（最大耐压45V）
• ‌导通电阻‌：
  • 25℃时最大160mΩ（IPS8160HQ）
  • 125℃时最大280mΩ（IPS8160HQ）
• ‌短路耐受能力‌：集成主动电流限制功能，短路电流限制值1.7A（IPS8160HQ-1）

2.2 保护特性参数

‌温度保护‌：

• 结温关断阈值（TJSD）：150-200℃
• 外壳温度保护（TCSD）：125-135℃
• 热滞回范围：7-15℃

‌开关特性‌（VCC=24V条件下）：

• 开启时间（tON）：20-60μs
• 关断时间（tOFF）：20-80μs
• 电压变化率：0.7V/μs（开启）/1.5V/μs（关断）

三、系统级保护机制详解

3.1 分层温度保护策略

器件采用创新的双层级温度监控：

1. ‌结温保护‌：当TJ > TJSD时自动关断输出，温度降至TR后自动恢复
2. ‌外壳温度保护‌：当TC > TCSD时强制关断故障通道，确保多通道间的热独立性

3.2 状态诊断功能

• STATUS引脚提供集中故障指示
• 开漏输出结构，支持多器件并联使用
• 高电平输出电流能力3mA（典型值）

四、典型应用场景实现方案

4.1 工业控制应用

‌PLC数字量输出模块设计要点‌：

• 输入引脚配置上拉电阻，确保未连接时的确定状态
• VCC电源需配备至少100μF去耦电容
• 感性负载必须并联续流二极管

4.2 反向极性保护设计

提供两种实施方案：

1. ‌电阻方案‌：RGND ≥ VCC/IGND（IGND见第3节最大额定值）
2. ‌二极管方案‌：选择VRRM > |VCC|的肖特基二极管

五、热设计与PCB布局建议

5.1 散热参数

• 结到外壳热阻（RθJC）：1.5℃/W
• 结到环境热阻（RθJA）：30℃/W

‌热设计计算示例‌：
单通道最大功耗 PD = IOUT² × RDS(ON) = 1² × 0.28 = 0.28W
八通道全功率工作时总功耗可达2.24W，必须配合散热器使用

5.2 封装与焊盘设计

• 采用QFN48L 8×6mm封装
• 裸露焊盘必须与PCB大面积铜皮连接
• 建议使用数据手册第20页提供的标准焊盘图形

六、选型指导与调试技巧

6.1 型号选择标准

• 电流需求≤0.7A：选择IPS8160HQ
• 电流需求0.7-1A：选择IPS8160HQ-1
• 高温环境应用：优先选择结温范围-40至125℃的工业级型号

6.2 常见问题排查

‌通道无法正常开启‌：

1. 检查VCC电压是否高于10.5V欠压阈值
2. 验证输入信号是否满足VIH > 2.25V
3. 监测STATUS引脚状态，确认是否进入保护模式

七、电磁兼容设计要点

器件已通过IEC 61000-4-2（静电放电）、IEC 61000-4-4（电快速瞬变）和IEC 61000-4-5（浪涌）认证，设计时需注意：

• 电源输入端配置TVS管
• 信号线使用屏蔽电缆
• PCB布局确保电源与信号回路分离