德州儀器DRV103：PWM低側(cè)驅(qū)動(dòng)器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇合適的驅(qū)動(dòng)器至關(guān)重要。今天要給大家介紹的是德州儀器（Texas Instruments）的DRV103，一款專(zhuān)為驅(qū)動(dòng)機(jī)電和熱設(shè)備而設(shè)計(jì)的PWM低側(cè)DMOS功率開(kāi)關(guān)。

文件下載：drv103.pdf

產(chǎn)品概述

DRV103輸出采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，堅(jiān)固耐用的設(shè)計(jì)使其非常適合驅(qū)動(dòng)閥門(mén)、螺線管、繼電器、執(zhí)行器、電機(jī)和定位器等機(jī)電設(shè)備，同時(shí)也能出色驅(qū)動(dòng)加熱器、冷卻器和燈具等熱設(shè)備。PWM操作不僅能節(jié)省電力，減少熱量上升，還能提高可靠性。此外，可調(diào)節(jié)的PWM功能允許對(duì)負(fù)載的功率進(jìn)行精細(xì)控制，并且直流到PWM輸出的延遲時(shí)間和振蕩器頻率也可通過(guò)外部進(jìn)行調(diào)節(jié)。

產(chǎn)品特性

高輸出驅(qū)動(dòng)能力

有1.5A和3A兩種版本可供選擇，能滿足不同的負(fù)載需求。

寬電源范圍

工作電源范圍為+8V至+32V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。

完整功能

• 數(shù)字控制輸入：輸入與標(biāo)準(zhǔn)TTL電平兼容，電平觸發(fā)，輸入電壓在+2.2V至+5.5V之間時(shí)，設(shè)備輸出開(kāi)啟；電壓在0V至+1.2V時(shí)，輸出關(guān)閉，輸入偏置電流通常為1pA。
• PWM輸出：可通過(guò)延遲調(diào)節(jié)（Delay Adjust）和占空比調(diào)節(jié)（Duty Cycle Adjust）引腳對(duì)PWM輸出信號(hào)進(jìn)行外部調(diào)節(jié)。延遲調(diào)節(jié)引腳可懸空以實(shí)現(xiàn)最小延遲到PWM模式（通常為18μs），也可使用電容設(shè)置更長(zhǎng)的延遲時(shí)間；占空比可通過(guò)電阻、模擬電壓或D/A轉(zhuǎn)換器輸出的電壓進(jìn)行控制。
• 可調(diào)節(jié)內(nèi)部振蕩器：頻率范圍為500Hz至100kHz，通過(guò)在振蕩頻率調(diào)節(jié)引腳（Osc Freq Adj）和地之間連接一個(gè)電阻（(R_{FREQ})）即可輕松編程。
• 可調(diào)節(jié)延遲和占空比：為不同應(yīng)用場(chǎng)景提供靈活的控制方式。

全面保護(hù)

具備熱關(guān)斷和電流限制功能，并帶有狀態(tài)OK指示標(biāo)志。當(dāng)發(fā)生過(guò)熱或過(guò)流故障時(shí)，狀態(tài)標(biāo)志引腳輸出低電平，提示故障發(fā)生。

多種封裝形式

提供SO - 8和PowerPAD? SO - 8兩種封裝，其中PowerPAD? SO - 8封裝帶有外露金屬散熱片，可提供更高的輸出電流（3A）。

應(yīng)用領(lǐng)域

DRV103的應(yīng)用范圍非常廣泛，涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域：

• 機(jī)電驅(qū)動(dòng)：如螺線管、閥門(mén)、定位器、執(zhí)行器、繼電器、功率接觸器線圈、加熱器和燈具等。
• 液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)：為系統(tǒng)中的執(zhí)行部件提供可靠的驅(qū)動(dòng)。
• 零件處理和分揀設(shè)備：確保設(shè)備的高效運(yùn)行。
• 化學(xué)加工：在化工生產(chǎn)中保障設(shè)備的穩(wěn)定工作。
• 環(huán)境監(jiān)測(cè)和暖通空調(diào)（HVAC）：實(shí)現(xiàn)精確的溫度和流量控制。
• 熱電冷卻器：有效控制冷卻器的工作狀態(tài)。
• 直流電機(jī)速度控制：為電機(jī)提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)和精確的速度調(diào)節(jié)。
• 醫(yī)療和科學(xué)分析儀：滿足高精度設(shè)備的驅(qū)動(dòng)需求。
• 燃油噴射器驅(qū)動(dòng)器：在汽車(chē)和航空等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

基本操作

電路連接

在使用DRV103時(shí)，建議在電源引腳使用1μF（驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載時(shí)使用22μF）或更大的鉭旁路電容。輸入引腳（pin 8）與標(biāo)準(zhǔn)TTL電平兼容，通過(guò)輸入電壓的高低來(lái)控制設(shè)備輸出的開(kāi)關(guān)。負(fù)載應(yīng)連接在電源引腳（pin 5）和輸出引腳（pin 6）之間，對(duì)于感性負(fù)載，需要外接一個(gè)“續(xù)流”二極管，以保證在PWM操作的關(guān)斷期間感性負(fù)載中的電流能夠持續(xù)流動(dòng)。

延遲和占空比調(diào)節(jié)

延遲調(diào)節(jié)引腳（pin 2）和占空比調(diào)節(jié)引腳（pin 1）允許對(duì)PWM輸出信號(hào)進(jìn)行外部調(diào)節(jié)。延遲調(diào)節(jié)引腳可懸空以實(shí)現(xiàn)最小延遲到PWM模式，也可使用電容設(shè)置更長(zhǎng)的延遲時(shí)間；占空比可通過(guò)電阻、模擬電壓或D/A轉(zhuǎn)換器輸出的電壓進(jìn)行控制。

狀態(tài)標(biāo)志

狀態(tài)OK標(biāo)志引腳（pin 7）用于指示過(guò)流和熱關(guān)斷故障。在故障發(fā)生時(shí)，該引腳輸出低電平（引腳電壓通常降至0.3V），需要一個(gè)上拉電阻來(lái)與標(biāo)準(zhǔn)邏輯接口。該引腳可吸收高達(dá)10mA的電流，足以驅(qū)動(dòng)外部邏輯電路、舌簧繼電器或LED，以指示故障的發(fā)生。

關(guān)鍵參數(shù)調(diào)節(jié)

可調(diào)延遲時(shí)間

DRV103的一個(gè)獨(dú)特功能是能夠提供初始恒定直流輸出（100%占空比），然后切換到PWM模式輸出以節(jié)省功率。這個(gè)恒定直流輸出的持續(xù)時(shí)間（在PWM輸出開(kāi)始之前）可以通過(guò)在延遲調(diào)節(jié)引腳（pin 2）和地之間連接一個(gè)電容來(lái)外部控制，計(jì)算公式為： [Delay Time approx C{D} cdot 10^{6}] （時(shí)間單位為秒，(C{D})單位為法拉 ? 1.1） 將延遲調(diào)節(jié)引腳懸空可得到約18μs的恒定輸出時(shí)間，將該引腳連接到5V可將初始輸出持續(xù)時(shí)間縮短至小于1μs。

振蕩器頻率調(diào)節(jié)

DRV103的PWM輸出頻率可通過(guò)在振蕩頻率調(diào)節(jié)引腳（pin 3）和地之間連接一個(gè)電阻（(R_{FREQ})）進(jìn)行編程，頻率范圍為500Hz至100kHz。不同的頻率對(duì)應(yīng)不同的電阻值，具體可參考相關(guān)表格。雖然可以實(shí)現(xiàn)低于500Hz的振蕩器頻率，但需要使用高于10M的電阻，此時(shí)引腳的阻抗會(huì)變得非常高，容易受到噪聲拾取和PCB泄漏電流的影響。

占空比調(diào)節(jié)

占空比調(diào)節(jié)引腳內(nèi)部由一個(gè)與振蕩器頻率相關(guān)的電流源驅(qū)動(dòng)，并連接到一個(gè)比較器的輸入。DRV103的PWM調(diào)節(jié)具有單調(diào)性，即降低電壓（或電阻值）總是會(huì)產(chǎn)生增加的占空比。

熱保護(hù)和功率耗散

功率耗散

DRV103的功率耗散取決于電源、信號(hào)和負(fù)載條件。功率耗散（(P_{D})）等于輸出電流、導(dǎo)通的DMOS晶體管兩端的電壓和占空比的乘積。使用盡可能低的占空比來(lái)確保所需的保持力可以最小化負(fù)載和DRV103的功率耗散。在低電流時(shí)，輸出DMOS晶體管的導(dǎo)通電阻為0.5Ω，在高輸出電流時(shí)增加到0.6Ω。

熱保護(hù)

DRV103內(nèi)置了片上熱關(guān)斷電路，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到約+160°C時(shí)，熱保護(hù)電路會(huì)禁用輸出，使設(shè)備冷卻。當(dāng)結(jié)溫冷卻到約+140°C時(shí)，輸出電路再次啟用。為了確保可靠運(yùn)行，結(jié)溫應(yīng)限制在最高+125°C。

封裝和布局

DRV103提供SO - 8和PowerPAD? SO - 8兩種封裝。在PCB布局方面，對(duì)于PowerPAD? SO - 8封裝，雖然其金屬焊盤(pán)與地（pin 4）電氣連接，但不應(yīng)將其用作電源接地連接，否則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備工作不穩(wěn)定。為了獲得最低的整體熱阻，最好將PowerPAD?直接焊接到電路板上，并增加“散熱片”銅面積以改善散熱效果。

總結(jié)

DRV103憑借其高輸出驅(qū)動(dòng)能力、寬電源范圍、完整功能、全面保護(hù)和靈活的調(diào)節(jié)特性，成為驅(qū)動(dòng)機(jī)電和熱設(shè)備的理想選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師可以根據(jù)具體的需求選擇合適的封裝和參數(shù)設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和可靠性。你在使用類(lèi)似驅(qū)動(dòng)器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。