深入解析NCV84090：一款高性能單通道高端驅(qū)動(dòng)器

在電子設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，選擇一款合適的高端驅(qū)動(dòng)器至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下安森美（onsemi）推出的NCV84090單通道高端驅(qū)動(dòng)器，看看它有哪些獨(dú)特的性能和特點(diǎn)，以及在實(shí)際應(yīng)用中如何發(fā)揮作用。

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一、NCV84090概述

NCV84090是一款具備全面保護(hù)功能的單通道高端驅(qū)動(dòng)器，它能夠驅(qū)動(dòng)多種類(lèi)型的負(fù)載，如燈泡、螺線管和其他執(zhí)行器等。該器件集成了先進(jìn)的保護(hù)特性，包括主動(dòng)浪涌電流管理、帶自動(dòng)重啟功能的過(guò)溫關(guān)斷以及過(guò)壓主動(dòng)鉗位等。同時(shí)，它還擁有一個(gè)專(zhuān)用的電流檢測(cè)引腳，可對(duì)輸出進(jìn)行精確的模擬電流監(jiān)測(cè)，并能指示短路到 $V_{D}$、接地短路以及開(kāi)負(fù)載檢測(cè)等故障情況。通過(guò)一個(gè)高電平有效的電流檢測(cè)使能引腳，可以啟用所有診斷和電流檢測(cè)功能。

框圖

二、關(guān)鍵特性

（一）保護(hù)特性

1. 短路保護(hù)與浪涌電流管理：能夠有效應(yīng)對(duì)短路情況，并對(duì)浪涌電流進(jìn)行管理，確保設(shè)備在異常情況下的安全。
2. 過(guò)溫保護(hù)：當(dāng)器件溫度超過(guò)設(shè)定閾值（典型值為150℃ - 200℃）時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)斷，待溫度恢復(fù)到安全水平（復(fù)位溫度典型值為135℃）后自動(dòng)重啟。
3. 過(guò)壓保護(hù)：通過(guò)內(nèi)部的齊納二極管 $Z{VD}$ 和 $Z{CS}$ 提供過(guò)壓保護(hù)，將電壓限制在安全范圍內(nèi)。
4. 欠壓保護(hù)：具有兩個(gè)欠壓閾值 $V_{DMIN}$ 和 $V{UV}$，確保開(kāi)關(guān)功能正常所需的最低供電電壓。
5. 其他保護(hù)：還具備接地丟失保護(hù)、ESD保護(hù)、反向電池保護(hù)（需外部元件）等功能，全方位保障器件的安全運(yùn)行。

（二）電氣特性

1. 低功耗：靜態(tài)電流極低，典型值為0.2μA - 0.5μA，有助于降低系統(tǒng)功耗。
2. 寬工作電壓范圍：工作電壓范圍為4V - 28V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
3. 低導(dǎo)通電阻：典型導(dǎo)通電阻為90mΩ（$T{J}=25℃$，$I{OUT}=2.5A$），可減少功率損耗。
4. 高精度電流檢測(cè)：通過(guò)電流檢測(cè)引腳，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的精確監(jiān)測(cè)，電流檢測(cè)比在不同負(fù)載電流下具有較好的穩(wěn)定性。

（三）兼容性與可靠性

1. CMOS兼容控制輸入：與3V/5V的CMOS邏輯電平兼容，方便與微控制器等數(shù)字電路接口。
2. AEC - Q100 Grade 1認(rèn)證：符合汽車(chē)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具備較高的可靠性和穩(wěn)定性，適用于汽車(chē)和工業(yè)等對(duì)可靠性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

三、引腳配置與功能

（一）引腳連接

（二）未連接引腳處理建議

對(duì)于未使用或未連接的引腳，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以確保器件的正常工作。例如，輸入引腳可通過(guò)10kΩ電阻接地，電流檢測(cè)使能引腳可通過(guò)10kΩ電阻接地，電流檢測(cè)引腳可通過(guò)1kΩ電阻接地等。

四、應(yīng)用場(chǎng)景

（一）負(fù)載驅(qū)動(dòng)

可用于切換各種電阻性、電感性和電容性負(fù)載，如汽車(chē)照明系統(tǒng)中的燈泡驅(qū)動(dòng)、工業(yè)自動(dòng)化中的螺線管驅(qū)動(dòng)等。

（二）替代傳統(tǒng)方案

能夠替代機(jī)電繼電器和分立電路，具有體積小、響應(yīng)速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

五、保護(hù)功能詳解

（一）過(guò)壓保護(hù)

當(dāng)電源電壓 $V{D}$ 超過(guò)正常范圍時(shí)，內(nèi)部的齊納二極管 $Z{VD}$ 和 $Z{CS}$ 會(huì)發(fā)揮作用。$Z{VD}$ 將電源引腳 $V{D}$ 和接地引腳GND之間的電壓鉗位到 $V{ZVD}$，$Z{CS}$ 將電流檢測(cè)引腳CS的電壓限制在 $V{D}-V{ZCS}$。同時(shí)，輸出功率MOSFET的輸出鉗位二極管將MOSFET兩端的電壓鉗位到 $V{CLAMP}$。為了限制通過(guò)這些二極管的電流，需要在相應(yīng)的路徑中加入電阻，如在GND路徑中加入150Ω的 $R{GND}$，在CS引腳和微控制器I/O引腳之間加入外部電阻 $R{CS}$ 和 $R_{sense}$ 等。

（二）欠壓保護(hù)

器件具有兩個(gè)欠壓閾值，開(kāi)關(guān)功能正常工作需要供電電壓至少達(dá)到 $V_{DMIN}$，而輸出能夠保持導(dǎo)通狀態(tài)的最低供電閾值為 $V{UV}$。在欠壓情況下，器件會(huì)根據(jù)不同的閾值進(jìn)行相應(yīng)的處理，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（三）過(guò)載保護(hù)

當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載情況時(shí)，如燈泡浪涌或接地短路，NCV84090會(huì)將輸出功率MOSFET的電流限制在安全值。由于電流限制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較高的功率損耗，器件的結(jié)溫會(huì)迅速升高，此時(shí)過(guò)溫保護(hù)機(jī)制會(huì)啟動(dòng)，關(guān)斷輸出驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)輸入保持有效且結(jié)溫恢復(fù)到安全水平后，輸出功率MOSFET會(huì)自動(dòng)重新激活。

（四）反向電池保護(hù)

可以通過(guò)在GND線中加入電阻（無(wú)并聯(lián)二極管）來(lái)實(shí)現(xiàn)反向電池保護(hù)。根據(jù)公式 $-I{GND}=\frac{-V{D}}{R_{GND}}$ 計(jì)算電阻值，同時(shí)需要考慮多個(gè)高端器件共享該電阻時(shí)的最大有源GND電流總和。如果計(jì)算得到的功率損耗導(dǎo)致電阻尺寸過(guò)大或多個(gè)器件需要共享同一電阻，可以考慮其他解決方案。

六、熱性能與封裝

（一）熱性能

器件的熱性能對(duì)于其可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。NCV84090的熱阻參數(shù)包括結(jié)到引腳熱阻（典型值為27.3℃/W）和結(jié)到環(huán)境熱阻（不同PCB條件下有所不同，如645 $mm^{2}$ 銅面積時(shí)為50℃/W，2 $cm^{2}$ 銅面積時(shí)為64℃/W）。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景合理選擇PCB布局和散熱措施，以確保器件在正常工作溫度范圍內(nèi)。

（二）封裝

七、總結(jié)

NCV84090作為一款高性能的單通道高端驅(qū)動(dòng)器，憑借其豐富的保護(hù)功能、低功耗、寬工作電壓范圍和高精度電流檢測(cè)等特性，在汽車(chē)和工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要充分了解其各項(xiàng)特性和參數(shù)，合理進(jìn)行引腳連接和布局設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，考慮如何充分發(fā)揮其保護(hù)功能，應(yīng)對(duì)各種異常情況。你在使用類(lèi)似高端驅(qū)動(dòng)器時(shí)，遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。