德州仪器DRV103：PWM低侧驱动器的卓越之选

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的驱动器至关重要。今天要给大家介绍的是德州仪器（Texas Instruments）的DRV103，一款专为驱动机电和热设备而设计的PWM低侧DMOS功率开关。

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产品概述

DRV103输出采用脉冲宽度调制（PWM）技术，坚固耐用的设计使其非常适合驱动阀门、螺线管、继电器、执行器、电机和定位器等机电设备，同时也能出色驱动加热器、冷却器和灯具等热设备。PWM操作不仅能节省电力，减少热量上升，还能提高可靠性。此外，可调节的PWM功能允许对负载的功率进行精细控制，并且直流到PWM输出的延迟时间和振荡器频率也可通过外部进行调节。

产品特性

高输出驱动能力

有1.5A和3A两种版本可供选择，能满足不同的负载需求。

宽电源范围

工作电源范围为+8V至+32V，适应多种电源环境。

完整功能

• 数字控制输入：输入与标准TTL电平兼容，电平触发，输入电压在+2.2V至+5.5V之间时，设备输出开启；电压在0V至+1.2V时，输出关闭，输入偏置电流通常为1pA。
• PWM输出：可通过延迟调节（Delay Adjust）和占空比调节（Duty Cycle Adjust）引脚对PWM输出信号进行外部调节。延迟调节引脚可悬空以实现最小延迟到PWM模式（通常为18µs），也可使用电容设置更长的延迟时间；占空比可通过电阻、模拟电压或D/A转换器输出的电压进行控制。
• 可调节内部振荡器：频率范围为500Hz至100kHz，通过在振荡频率调节引脚（Osc Freq Adj）和地之间连接一个电阻（(R_{FREQ})）即可轻松编程。
• 可调节延迟和占空比：为不同应用场景提供灵活的控制方式。

全面保护

具备热关断和电流限制功能，并带有状态OK指示标志。当发生过热或过流故障时，状态标志引脚输出低电平，提示故障发生。

多种封装形式

提供SO - 8和PowerPAD™ SO - 8两种封装，其中PowerPAD™ SO - 8封装带有外露金属散热片，可提供更高的输出电流（3A）。

应用领域

DRV103的应用范围非常广泛，涵盖了多个领域：

• 机电驱动：如螺线管、阀门、定位器、执行器、继电器、功率接触器线圈、加热器和灯具等。
• 液压和气动系统：为系统中的执行部件提供可靠的驱动。
• 零件处理和分拣设备：确保设备的高效运行。
• 化学加工：在化工生产中保障设备的稳定工作。
• 环境监测和暖通空调（HVAC）：实现精确的温度和流量控制。
• 热电冷却器：有效控制冷却器的工作状态。
• 直流电机速度控制：为电机提供稳定的驱动和精确的速度调节。
• 医疗和科学分析仪：满足高精度设备的驱动需求。
• 燃油喷射器驱动器：在汽车和航空等领域发挥重要作用。

基本操作

电路连接

在使用DRV103时，建议在电源引脚使用1µF（驱动大电流负载时使用22µF）或更大的钽旁路电容。输入引脚（pin 8）与标准TTL电平兼容，通过输入电压的高低来控制设备输出的开关。负载应连接在电源引脚（pin 5）和输出引脚（pin 6）之间，对于感性负载，需要外接一个“续流”二极管，以保证在PWM操作的关断期间感性负载中的电流能够持续流动。

延迟和占空比调节

延迟调节引脚（pin 2）和占空比调节引脚（pin 1）允许对PWM输出信号进行外部调节。延迟调节引脚可悬空以实现最小延迟到PWM模式，也可使用电容设置更长的延迟时间；占空比可通过电阻、模拟电压或D/A转换器输出的电压进行控制。

状态标志

状态OK标志引脚（pin 7）用于指示过流和热关断故障。在故障发生时，该引脚输出低电平（引脚电压通常降至0.3V），需要一个上拉电阻来与标准逻辑接口。该引脚可吸收高达10mA的电流，足以驱动外部逻辑电路、舌簧继电器或LED，以指示故障的发生。

关键参数调节

可调延迟时间

DRV103的一个独特功能是能够提供初始恒定直流输出（100%占空比），然后切换到PWM模式输出以节省功率。这个恒定直流输出的持续时间（在PWM输出开始之前）可以通过在延迟调节引脚（pin 2）和地之间连接一个电容来外部控制，计算公式为： [Delay Time approx C{D} cdot 10^{6}] （时间单位为秒，(C{D})单位为法拉 • 1.1） 将延迟调节引脚悬空可得到约18µs的恒定输出时间，将该引脚连接到5V可将初始输出持续时间缩短至小于1µs。

振荡器频率调节

DRV103的PWM输出频率可通过在振荡频率调节引脚（pin 3）和地之间连接一个电阻（(R_{FREQ})）进行编程，频率范围为500Hz至100kHz。不同的频率对应不同的电阻值，具体可参考相关表格。虽然可以实现低于500Hz的振荡器频率，但需要使用高于10M的电阻，此时引脚的阻抗会变得非常高，容易受到噪声拾取和PCB泄漏电流的影响。

占空比调节

占空比调节引脚内部由一个与振荡器频率相关的电流源驱动，并连接到一个比较器的输入。DRV103的PWM调节具有单调性，即降低电压（或电阻值）总是会产生增加的占空比。

热保护和功率耗散

功率耗散

DRV103的功率耗散取决于电源、信号和负载条件。功率耗散（(P_{D})）等于输出电流、导通的DMOS晶体管两端的电压和占空比的乘积。使用尽可能低的占空比来确保所需的保持力可以最小化负载和DRV103的功率耗散。在低电流时，输出DMOS晶体管的导通电阻为0.5Ω，在高输出电流时增加到0.6Ω。

热保护

DRV103内置了片上热关断电路，当结温达到约+160°C时，热保护电路会禁用输出，使设备冷却。当结温冷却到约+140°C时，输出电路再次启用。为了确保可靠运行，结温应限制在最高+125°C。

封装和布局

DRV103提供SO - 8和PowerPAD™ SO - 8两种封装。在PCB布局方面，对于PowerPAD™ SO - 8封装，虽然其金属焊盘与地（pin 4）电气连接，但不应将其用作电源接地连接，否则会导致设备工作不稳定。为了获得最低的整体热阻，最好将PowerPAD™直接焊接到电路板上，并增加“散热片”铜面积以改善散热效果。

总结

DRV103凭借其高输出驱动能力、宽电源范围、完整功能、全面保护和灵活的调节特性，成为驱动机电和热设备的理想选择。在实际应用中，电子工程师可以根据具体的需求选择合适的封装和参数设置，以实现最佳的性能和可靠性。你在使用类似驱动器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。