【導(dǎo)讀】在無(wú)繩電動(dòng)工具應(yīng)用中,電池包的電壓通常為16V、20V、24V、40V、60V和80V,會(huì)使用機(jī)械開關(guān)控制驅(qū)動(dòng)板供電,但是由于機(jī)械開關(guān)的特性,會(huì)存在開關(guān)火花、壽命、體積等缺點(diǎn)。
圖1:電動(dòng)工具中機(jī)械開關(guān)應(yīng)用
在電動(dòng)工具中,引入高邊驅(qū)動(dòng)方案,除了避免傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)的固有缺點(diǎn),同時(shí)具有可控強(qiáng)、導(dǎo)通時(shí)間可調(diào)整、支持多包并聯(lián)、短路保護(hù)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。如圖2所示,高邊驅(qū)動(dòng)IC會(huì)產(chǎn)生高出電池包12V的電壓,通過(guò)控制MOS的Gate電壓,可以控制主回路通斷。
圖2:電動(dòng)工具中高邊驅(qū)動(dòng)芯片方案
1.支持多包并聯(lián)的LM5050
LM5050是High Side Oring FET Controller,工作電壓支持1V – 75V,最大承受電壓支持100V。LM5050通過(guò)檢測(cè)VDS上電壓,控制VGS上電壓,實(shí)現(xiàn)理想二極管的功能。同時(shí)因?yàn)長(zhǎng)M5050內(nèi)部已經(jīng)集成了電荷泵,供電電壓無(wú)需高于電池包電壓。在無(wú)繩電動(dòng)工具中,可以通過(guò)多包并聯(lián)方式,提升整體的電池容量,也可以實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)電池包并聯(lián)。如圖3所示,通過(guò)電池包輸出串聯(lián)MOS的源級(jí),經(jīng)由LM5050的控制,可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)電池包并聯(lián)。
圖3:LM5050 應(yīng)用多包并聯(lián)方案
2.支持高邊驅(qū)動(dòng)的LM5060
LM5060是High Side Protection Controller,工作電壓支持5.5V- 65V,支持過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù),可調(diào)整的開通時(shí)間,通過(guò)控制EN引腳電壓,可以開斷輸出。LM5060內(nèi)部集成了電荷泵,不需要額外供電,可以實(shí)現(xiàn)24uA門極充電電流和80mA的門極放電電流。LM5060的功耗較大,工作電流1.4mA,失能電流為9uA。
圖4:LM5060 高邊驅(qū)動(dòng)方案
3.支持High Side Back-to-back MOS驅(qū)動(dòng)的BQ76200
BQ76200是High Side NFET 驅(qū)動(dòng)芯片,工作電壓8V – 75V,最高承受100V電壓,可以分別控制兩個(gè)Back-to-Back MOS。相比LM5060,BQ76200的工作電流為40uA,失能狀態(tài)下,內(nèi)部電荷泵模塊也會(huì)失能,靜態(tài)電流不超過(guò)10uA,更適合電池供電系統(tǒng)。同時(shí),充電MOS和放電MOS可以分別獨(dú)立控制,靈活性更高。
圖5:支持充電/放電獨(dú)立控制的BQ76200
4. 支持Ideal Diode模式和輸出開斷模式的 LM7480x
LM7480x是Back-to-Back NFET的驅(qū)動(dòng)器,同時(shí)支持Ideal Diode模式和輸出開斷控制,輸入電壓支持3V – 65V,有-65V反向電壓承受能力,驅(qū)動(dòng)開通電流20mA,驅(qū)動(dòng)關(guān)斷電流2.6A,工作電流413uA,失能下靜態(tài)電流2.87uA。LM7480x即有LM5050的Ideal Diode模式,也具備LM5060輸出開斷控制。
圖6:同時(shí)支持Ideal Diode模式和輸出開斷模式的 LM7480x
5.使用半橋驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)高邊Back-to-Back NFET驅(qū)動(dòng)
對(duì)于之前的驅(qū)動(dòng)IC,電池電壓不超過(guò)80V,驅(qū)動(dòng)電流也相對(duì)小,開關(guān)速度較慢。對(duì)于80V以上的Back-to-Back NFET驅(qū)動(dòng),可以考慮圖6的方案(Application Report SLUAA58)。如圖6所示,通過(guò)半橋驅(qū)動(dòng)芯片,例如UCC27284,構(gòu)建電荷泵,把電荷泵電容電壓提升12V。通過(guò)上橋臂的邏輯電平,可以控制功率回路的通斷。同時(shí),一般的半橋驅(qū)動(dòng)IC的工作電流較大,工作電流達(dá)mA級(jí)別;失能條件下,靜態(tài)電流為7uA。從驅(qū)動(dòng)能力上看,整體上取決于電荷泵電容和驅(qū)動(dòng)電阻,在供電電壓12V,驅(qū)動(dòng)電阻8.25?,電荷泵電容470nF等條件下,驅(qū)動(dòng)電流為1.68A,開通關(guān)斷時(shí)間小于0.5us。
圖7:使用半橋驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)高邊驅(qū)動(dòng)
最后,從母線電壓、功能、驅(qū)動(dòng)能力、靜態(tài)電流等角度,給出以上5種方式的對(duì)比表格。
表1:5種高邊驅(qū)動(dòng)方式的對(duì)比表格
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