A3930和A3931：汽车三相BLDC控制器与MOSFET驱动器的卓越之选

在汽车电子领域，电机控制技术至关重要。A3930和A3931作为汽车三相无刷直流（BLDC）电机控制器，专为与N沟道外部功率MOSFET配合使用而设计，在汽车应用中展现出了诸多优势。

文件下载：APEK3930KJP-01-T-DK.pdf

特性与优势

强大的驱动能力

• 高电流三相栅极驱动：能够为N沟道MOSFET提供高电流三相栅极驱动，确保电机稳定运行。
• 同步整流：提高了系统效率，减少了功率损耗。
• 交叉导通保护：有效防止MOSFET出现交叉导通现象，保护电路安全。

灵活的供电与控制

• 宽电压范围：可在5.5至50V的电源电压范围内工作，适应不同的汽车电源环境。
• 集成换相解码逻辑：简化了电机控制的设计，提高了控制的准确性。
• 电荷泵与补充电荷泵：为100% PWM提供支持，确保在各种工作条件下都能稳定驱动电机。

丰富的诊断功能

• 广泛的诊断输出：能够实时监测电机和电路的工作状态，及时发现并处理故障。
• 5V霍尔传感器供电：为霍尔传感器提供稳定的电源，保证传感器的正常工作。
• 低电流睡眠模式：在不工作时降低功耗，提高系统的能效。

产品概述

A3930和A3931通过集成多种电路，为设计具有成本效益的三相电机驱动系统提供了有力支持。其独特的电荷泵调节器能够在电池电压低至7V时提供足够的栅极驱动（>10V），并允许在电池电压低至5.5V时以降低的栅极驱动运行。此外，通过在低电源电压下从倍压模式切换到标称运行电压14V时的降压模式，可将电荷泵的功耗降至最低。

电气特性

电源与参考

• VBB工作范围：在5.5至50V范围内功能正常，但参数在7至45V范围外不保证。
• 静态电流：在不同工作模式下，具有较低的静态电流，如睡眠模式下仅为10µA。
• V5输出：提供稳定的5V输出，为外部电路供电。

栅极输出驱动

• 开关时间：具有快速的开关时间，如开启上升时间典型值为60ns，关闭下降时间典型值为40ns。
• 导通电阻：不同温度下的导通电阻表现良好，确保了功率传输的高效性。

逻辑输入与输出

• 故障输出：通过FFx故障输出（开漏）及时指示故障状态。
• 输入特性：具有一定的输入电压范围和滞回特性，提高了系统的抗干扰能力。

电流检测差分放大器

• 增益与精度：典型增益为19V/V，能够准确检测电机电流。
• 动态范围：具有较宽的输出动态范围，适应不同的工作条件。

电流限制与保护

• 参考比较器：输入偏移电压小，确保电流限制的准确性。
• 欠压锁定：对VREG、V5等进行欠压锁定保护，防止电路在异常电压下工作。

功能描述

基本操作

A3930和A3931为带有集成霍尔效应（HE）传感器的三相BLDC电机提供换相和电流控制。电机电流由外部三相N沟道MOSFET桥提供，通过固定频率脉冲宽度调制（PWM）进行控制。该器件能够确保在电源电压低至7V时，高侧和低侧外部MOSFET的栅源电压高于10V，在极端电池电压下降条件下，低至5.5V仍能保证功能运行，但栅极驱动会降低。

电源供应

• V5和V5BD：由集成的5V调节器控制器和外部NPN晶体管QV5提供5V电源，为外部上拉和偏置电流供电。
• CP1、CP2和VREG：内部电荷泵为栅极驱动输出供电，需要连接泵电容CP。额外的“补充”电荷泵为每个高侧驱动提供支持，确保在需要时实现100% PWM。

霍尔效应传感器输入

• 配置与滤波：H1、H2和H3霍尔效应传感器输入适用于120°电间距的霍尔效应传感器，具有典型500mV的滞回特性，可减少开关噪声的影响。
• 预定位功能：A3931具有预定位功能，当霍尔输入全为低电平时，可将电机置于不稳定的起始位置，便于启动算法。

栅极驱动

• 驱动能力：能够快速充放电外部FET的栅极电容，减少开关过程中的损耗。
• 死区时间：通过RDEAD引脚设置死区时间，防止交叉导通。

逻辑控制输入

• RESET：控制芯片的睡眠和唤醒状态，确保在启动时电荷泵达到正常工作条件。
• COAST：主动低电平输入，可在短路时关闭所有FET，保护外部FET和电机。
• MODE：设置电流衰减模式，包括慢衰减和快衰减模式，适用于不同的电机应用。
• DIR：确定电机转矩输出方向。
• BRAKE：主动低电平输入，提供制动功能。
• ESF：决定检测到短路时的动作。

电流调节

• 电流检测放大器：通过CSP、CSN和CSOUT引脚检测电机电流，输出电压与负载电流成正比。
• 内部电流控制：通过REF引脚设置最大电流限制，实现对电机电流的精确控制。
• 内部PWM频率：由外部电阻RT和电容CT确定，范围为20至50kHz。
• PWM输入：可通过外部控制信号控制电机转矩。

诊断功能

• TACHO和DIRO：提供电机速度和方向信息。
• ESF：根据其状态决定检测到短路时的动作。
• FF1、FF2和VDSTH：指示故障状态，包括欠压、过温、逻辑故障、短路等。

应用信息

电源设计

• 电容配置：在VBB、VREG和V5引脚与地之间连接电容，提供瞬态电流，解耦电压瞬变。
• 功率耗散：在高温环境下，需注意芯片的功率耗散，确保结温在安全范围内。

自举电容

• 选择与计算：正确选择自举电容的值，以确保器件正常工作。可根据公式计算电容值，避免电压降过大。
• 充电管理：A3930和A3931提供自动自举电容充电管理，确保电容电压在阈值以上。

PWM控制

• 内部PWM控制：适用于电机转矩控制或简单的最大电流限制。
• 外部PWM控制：可通过将RC引脚连接到AGND禁用内部PWM控制，但需注意避免功率FET过流。
• PWM频率与空白时间：设置合适的PWM频率，避免可听噪声，并确保自举电容充电。通过CT电容设置空白时间，防止电流检测比较器误触发。
• 死区时间：设置合适的死区时间，防止功率FET桥的交叉导通。
• 同步整流：减少外部MOSFET的功率耗散，提高效率。
• 制动功能：通过强制所有低侧MOSFET导通，实现动态制动。

电路布局

• 接地连接：敏感连接应参考安静地，电源去耦电容应连接到控制器电源地。
• 其他布局建议：缩短栅极电荷驱动路径和放电返回路径的走线长度，减少电感；确保输入到检测放大器的走线独立且匹配；使用短而宽的铜走线减少杂散电感；考虑使用陶瓷去耦电容限制电压尖峰。

总结

A3930和A3931作为汽车三相BLDC控制器与MOSFET驱动器，具有丰富的功能和卓越的性能。在设计汽车电机控制系统时，合理利用其特性和优势，结合正确的电路布局和参数设置，能够实现高效、稳定的电机控制。同时，其强大的诊断功能也为系统的可靠性提供了保障。你在实际应用中是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。