以下文章來源于英飛凌汽車電子生態(tài)圈，作者Yu Haipeng

英飛凌的MOTIX MCU(SoC)家族產品集成了驅動電機所有基本的模塊，包括LDO，MCU，bridge driver，current sense amplifier, CAN/LIN收發(fā)器，高壓檢測等模塊。在過去十多年的汽車小電機應用上，該系列產品已得到廣泛使用。TLE989x作為全新產品，它的預驅模塊也集成了英飛凌最新技術，那究竟有哪些神奇的功能呢?讓我一探究竟吧。

Active/Free wheeling 檢測功能

在電機控制過程中，電流有時從控制器流向電機，有時反向。在死區(qū)時間內，高邊和低邊的MOS都沒有開啟，此時電流方向如下圖FW線所示。

如果電流流向控制器(電機)，那么只能通過高邊(低邊)MOS的體二極管流向電源(大地)。此時，我們稱高邊(低邊)為free wheeling MOS，對應的另一側低邊(高邊)為active MOS。

如果低邊是active MOS，高邊是free wheeling MOS。那么在死區(qū)時間內，因為電流經過高邊二極管流向電源，所以VSHx=VVSD+Vdiode，如下圖左側所示。反之，VSHx=VSL-Vdiode，如下圖右側所示。

在高邊或者低邊處于free wheeling狀態(tài)時，我們可以看到在死區(qū)時間內，VSH的電壓差別很大。因為，TLE989x通過檢測死區(qū)時間內的VSH電壓，從而判斷哪個mos是free wheeling狀態(tài)。

如下圖測試結果所示，1號通道是判斷結果，2號通道是PWM波形。因為在三相BLDC的FOC控制過程中，相電流是正弦波，所以可以得到1號通道所示的判斷結果在不斷變化。

時間測量功能

每個半橋在SH引腳處提供兩個高速電壓比較器，用于測量外部MOSFET導通或關斷期間SH電壓斜率的開始和結束。

如下圖低邊MOS控制信號示意圖所示，在相應PWM控制信號的每次轉換時進行時間測量并把結果存儲到寄存器。高邊時間測量是類似的原理。

自適應電流驅動功能

MOS開關速度越快(慢)， 其功耗越低(高)，但EMC性能越差(好)。所以用戶不得不在功耗和EMC性能指標上，通過調整開關速度，平衡二者關系。

如下圖所示，自適應控制模式基于上一章節(jié)測到的開關時間，通過調整充放電電流大小，達到用戶設定的開關目標時間。這極大降低了用戶的工作量，而且一定程度上可以補償MOS和預驅的參數離散性。

如果MOS處于free wheeling狀態(tài)，在開啟和關閉之前，電流已經通過MOS體二極管達到最大值。此時，用戶只需要重點關注功耗，盡快打開MOS，降低損耗。所以采用constant mode是最佳選擇。如果MOS處于active狀態(tài)，在開啟和關閉之前，其電流為0，在開關過程中，電流將會從free wheeling MOS逐漸切換到active MOS，所以需要控制電流的斜率dI/dt，采用sequencer mode是最佳選擇。

基于此，TLE989x/8x可以基于前文介紹的active/freewheeling狀態(tài)檢測的結果，硬件自動在constant和sequencer mode之間選擇。其實測效果如下圖所示，第一相的相電流大于0，低邊MOS是free wheeling狀態(tài)。所以其開關模式是constant mode，只能看到一個電流峰值，也是設置最快速度開關MOS，進而在不影響EMC性能的前提下，盡可能降低開關損耗。第二相的相電流小于0，其低邊MOS屬于active，所以其開關模式是sequencer mode，可以看到多個電流峰值。

停機狀態(tài)下的短路和開路檢測功能

隨著電機驅動系統(tǒng)的廣泛應用，電機故障的快速檢測變得尤為重要。英飛凌的驅動技術在這方面提供了一項創(chuàng)新的解決方案：無需打開驅動，即可檢測電機短路和開路的情況。本節(jié)將詳細解析這一功能的工作原理及實現方法。

一、電機短路檢測

在電機驅動系統(tǒng)中，短路故障是常見的問題之一。英飛凌的驅動技術通過巧妙的電路設計，實現了在不啟用驅動的情況下檢測短路的能力。其工作原理如下：

a. 電路配置

當啟用HB上的上MOSFET的下拉診斷電流源（IPddiag）時，上拉診斷電流源（IPudiag）默認處于啟用狀態(tài)。這種配置形成了一個固定電平，電約為1.5V。

b. 短路到地檢測

如果電機存在短路到地的情況，LS DS檢測比較器會感知到異常。此時，LS DS比較器的輸出為0，并置位相關的狀態(tài)位，以指示故障的發(fā)生。

c. 短路到電源檢測

類似地，當電機發(fā)生短路到電源時，HS DS檢測比較器會檢測到異常。HS DS比較器的輸出同樣為0，并置位相關的狀態(tài)位，提示系統(tǒng)存在短路到電源的故障。

通過這種方式，系統(tǒng)可以在不啟用驅動的情況下，快速判斷電機的短路故障類型。

二、電機開路檢測

除了短路檢測，英飛凌的驅動技術還支持電機開路的檢測。這種檢測方法同樣依賴于診斷電流源的配置和比較器的閾值設置。具體實現步驟如下：

a. 電路配置

要檢測HB1的開路情況，需啟用HB2和HB3的上拉診斷電流源（IPudiag）。此時，比較器的閾值設置為最大值。

b. 正常狀態(tài)檢測

如果HB1未發(fā)生開路故障，由于上拉和下拉診斷電流源的比例關系，SH點的電壓會穩(wěn)定在約1.5V。

c. 開路狀態(tài)檢測

如果HB1發(fā)生開路，SH點的電壓會由于上拉診斷電流源的作用，略高于母線電壓。這種電壓變化會觸發(fā)HS DS檢測比較器，置位相關狀態(tài)位以指示開路故障。

然后通過依次啟用HB2和HB3的上拉診斷電流源，系統(tǒng)可以按照相同的流程檢測HB2和HB3的開路情況。

注意事項: 在啟用下拉診斷電流源時，需等待一段時間（時間與電機感量有關），以確保電平達到穩(wěn)定狀態(tài)后再進行診斷。官方提供了樣例函數供用戶參考。

TLE9893通過精巧的電路設計和診斷邏輯，實現了在不啟用驅動的情況下檢測電機短路和開路的功能。這種方法不僅提高了系統(tǒng)的安全性，還節(jié)省了能耗，為電機驅動系統(tǒng)的可靠性提供了有力保障。

Vds保護功能

在驅動工作的時候，為了保護MOS不會因為短路，直通等故障燒毀。驅動還帶有對開關狀態(tài)的 MOS DS 電壓檢測 以及比較器保護功能。

如下圖所示，VDS的比較器閾值可設置從0.125V一直到1.75V。分辨率在0.25V一檔。比較器的相應時間較快加上相應的濾波，us級別就可以觸發(fā)硬件級別的橋驅關斷。

同時在 VDH引腳，SH引腳，都芯片內部連接到了 AD接口。可以輔助作為診斷。

上面所說的 VDS檢測主要用于短路保護。對于基于詳細電流閾值的保護，用戶可以使用TLE9893運放模塊集成的比較器，該模塊可以設定各種閾值，也會在 us級別相應。 同時CSA的輸出內部連接到AD，做輔助檢測。

兩級電荷泵

TLE9893內部集成兩級charge pump?？梢耘渲贸蓛杉壒ぷ?，也可以配置成自動根據VSD的ADC的比較輸出來切換，閾值可以自己設置。這樣在電壓下降的情況下，也可以切換成一級charge pump 來節(jié)約電流消耗。內部charge pump 時鐘也是自帶硬件抖頻功能。

TLE9893帶有 VCP和 VSD的差值比較器，在電壓過低的時候可以直接置位關掉預驅，降低系統(tǒng)不確定性。VCP和 VSD也會同時連接到 ADC來輔助判斷

寫在最后

除了上文提到的各種先進的功能外，TLE989x的預驅模塊還集成了以下豐富的功能：

低功耗模式下的反向電動勢過壓喚醒功能。喚醒以后，用戶可以通過軟件進行制動，從而減小反向電動勢對機械結構和電子器件帶來的不利影響。

過溫保護，過壓保護等基本功能。

英飛凌先進的預驅技術，不僅能為用戶設計帶來便利，而且能夠進一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。