直流電機在汽車應(yīng)用領(lǐng)域十分常見，被廣泛用于各種汽車系統(tǒng)，包括車門、后視鏡、座椅和電泵。結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的特點使其成為汽車系統(tǒng)設(shè)計人員的首選解決方案。
直流電機有三個主要組件：產(chǎn)生磁場的定子、承載電機線圈的轉(zhuǎn)子、向線圈傳輸電流的電刷。
將電源連至電機的兩個接線端子后，電流將會流到轉(zhuǎn)子線圈。如果線圈上的電流強度足以讓電機和負載產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，電機將會旋轉(zhuǎn)。
電機通常采用PWM技術(shù)控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。此外，如果電機旋轉(zhuǎn)方向在實際應(yīng)用中必須變化，則必須改變電機兩個端子上的電源電壓。基于這些需求，采用四個開關(guān)按照要求將電源電壓連到電機的兩個接線端子上的H-橋是典型的雙向直流電機控制解決方案。
圖1：H橋配置。
意法半導體的L99H01是一個汽車電機驅(qū)動器芯片，集成四個柵驅(qū)動器來控制H橋內(nèi)的四個外部N溝道MOSFET管。結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動靈活，使其適用于各種汽車系統(tǒng)。
通過驅(qū)動器內(nèi)部SPI接口，外部微控制器可讀取診斷信息，還可以設(shè)置驅(qū)動器的多個功能，滿足實際應(yīng)用需求。
驅(qū)動器內(nèi)置一個兩級電荷泵，這樣設(shè)計有多個好處。以較低的輸入電壓驅(qū)動H橋外部MOSFET管，盡可能節(jié)省外部組件(只需三個電容)，以100%占空比驅(qū)動電機。此外，電荷泵的輸出電壓還可用于驅(qū)動電池極性接反保護電路的附加MOSFET管。
圖2：L99H01框圖和應(yīng)用示意圖
因為電機在驅(qū)動電路內(nèi)產(chǎn)生感性負載，為盡可能降低耗散功率，在應(yīng)用PWM控制技術(shù)時，必須為電機電流設(shè)計正確的閉合回路。L99H01讓設(shè)計人員盡可能靈活地選擇續(xù)流回路策略。此外，通過正確選擇續(xù)流回路，再配合一個外部微控制器，驅(qū)動器可以在實際應(yīng)用中進行功能性安全測試。
圖3：L99H01續(xù)流方法選擇
通過使用L99H01內(nèi)部的一個或兩個電流檢測放大器(CSA)，可以測量流經(jīng)H橋的電流。這些放大器有很多特別的地方。因為放大器輸入接受高壓，所以可在接地端、電源線或直接串聯(lián)電機測量電流，讓用戶滿足不同的需求和策略要求。此外，可通過SPI串口設(shè)置放大器的增益，為應(yīng)用開發(fā)帶來更高的靈活性。此外，還可對放大器執(zhí)行失調(diào)校正，降低放大器本身失調(diào)對電流測量結(jié)果的負面影響。
內(nèi)部看門狗定時器監(jiān)視外部微控制器，提升應(yīng)用層面的安全性。萬一看門狗發(fā)現(xiàn)微控制器異常，L99H01則禁用內(nèi)部MOSFET柵驅(qū)動器。
L99H01防范潛在危害性事件入侵驅(qū)動器和系統(tǒng)。該產(chǎn)品具有欠壓保護以及可設(shè)置過壓保護(通過SPI)功能。如果在電源端發(fā)現(xiàn)這些事件，則柵驅(qū)動器將被禁用，并通過SPI接口上報給微控制器。
假如電機的接線柱意外對地短路或?qū)﹄娫炊搪罚琇99H01則監(jiān)視橋上每個被激活晶體管的漏源電壓，以保護外部MOSFET管。如果漏源電壓高于預設(shè)閾值且持續(xù)時間大于內(nèi)部濾波時間，則驅(qū)動器關(guān)閉受影響的晶體管，并通過SPI串口上報事件。用戶可按實際照應(yīng)用情況(即MOSFET電阻和流經(jīng)電橋的電流)調(diào)整電壓檢測閾值，通過SPI接口從四個數(shù)值中選擇一個設(shè)為閾值。
當同一半橋內(nèi)的高低邊MOSFET換向時，在一個晶體管的關(guān)斷與另一個晶體管的導通之間引入死時非常重要，否則，兩支晶體管可能同時導通，引起從電源流向接地方向的逆流。 用戶可通過SPI接口按照實際需求選擇多個閾值。當開關(guān)同一橋臂上的晶體管時，L99H01自動啟用可設(shè)置的死時。
作為一個深入保護機制，L99H01可檢測內(nèi)外部熱事件，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。該產(chǎn)品可檢測內(nèi)部過熱初期狀況，并通過SPI接口向外部微控制器報警。這樣，微控制器可采取一些應(yīng)對措施，以降低驅(qū)動器本身和系統(tǒng)的溫度。假如芯片內(nèi)部溫度進一步上升，則芯片進入過熱關(guān)斷模式，禁用柵驅(qū)動器和電荷泵。
此外，外部溫度傳感器(如燈條)可連至 L99H01的專用輸入端。當這個引腳上的電壓降至閾值以下時，驅(qū)動器關(guān)閉柵驅(qū)動器，以保護電橋。按照當前應(yīng)用設(shè)計的特性，用戶可通過SPI選擇閾壓。值得一提的是，當施加外部數(shù)字信號時，這個輸入可用于禁用柵驅(qū)動器。
L99H01采用兩種經(jīng)濟型封裝PowerSSO36 (散熱盤外露)和LQFP32(全塑封裝)。