Microchip Technology MCP8021和MCP8022三相無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)柵極驅(qū)動(dòng)器包含三個(gè)集成半橋驅(qū)動(dòng)器，能夠驅(qū)動(dòng)三個(gè)外部NMOS/NMOS晶體管對(duì)。這三個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器可在12V時(shí)提供0.5A峰值輸出電流，以驅(qū)動(dòng)高側(cè)和低側(cè)NMOS MOSFET晶體管。這些驅(qū)動(dòng)器的工作溫度范圍為-40°C至+165°C，具有擊穿、過流和短路保護(hù)特性。睡眠模式可實(shí)現(xiàn)典型的5 μA的 “切斷”靜態(tài)電流。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：Microchip Technology MCP8021，MCP8022三相BLDC電機(jī)柵極驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

MCP802x器件集成了3.3V或5.0V LDO穩(wěn)壓器，用于主機(jī)/外設(shè)電源、過熱傳感器和用戶可配置功能。用戶可配置的功能包括死區(qū)時(shí)間、消隱時(shí)間、待機(jī)期間運(yùn)算放大器啟用/禁用、啟用/禁用睡眠模式、啟用/禁用過流檢測(cè)以及啟用/禁用柵極驅(qū)動(dòng)欠壓保護(hù)。板載3.3V或5.0V壓差穩(wěn)壓器可提供70mA電流。電壓 選項(xiàng)由零件編號(hào)選擇。

MCP8021的封裝選項(xiàng)包括28引腳5mm x 5mm VQFN封裝和28引腳TSSOP-EP封裝。MCP8022采用40引腳5mm x 5mm VQFN封裝和38引腳TSSOP-EP封裝。MCP8022器件還添加了三個(gè)獨(dú)立運(yùn)算放大器，用于普通用途。

特性

• AEC-Q100 0級(jí)認(rèn)證
• 3個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器，配置用于驅(qū)動(dòng)外部高側(cè)NMOS和低側(cè)NMOS MOSFET
  • 獨(dú)立輸入控制，用于高側(cè)和低側(cè)NMOS MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器
  • 峰值輸出電流：0.5A（12V時(shí)，典型值）
  • 擊穿保護(hù)
  • 過電流和短路保護(hù)
• 3個(gè)運(yùn)算放大器 (MCP8022)
• 固定輸出線性穩(wěn)壓器
  • 3.3V或5.0V（70mA時(shí)）
  • 真電流折返
• 電源電流
  • 睡眠模式：5μA（典型值）
  • 待機(jī)模式
    • MCP8021：<330 μA
    • <330μA（MCP8022），運(yùn)算放大器關(guān)閉
    • <1300μA（MCP8022），運(yùn)算放大器開啟
• 專用WAKE引腳，用于睡眠模式恢復(fù)
• 專用FAULT引腳
• 單線UART通信
• 電壓范圍
  • 電源：4V至40V
  • 工作電壓：6.25V至29V
• 保護(hù)特性
  • 柵極驅(qū)動(dòng)欠壓閉鎖：4.5V
  • 電源電壓欠壓關(guān)斷：4.5V
  • 電源電壓欠壓閉鎖：6.25V
  • 過壓閉鎖：29V
  • 熱關(guān)斷
• 封裝選項(xiàng)
  • MCP8021
    • 28引腳5mm x 5mm VQFN
    • 28引腳TSSOP-EP
  • MCP8022
    • 40引腳5mm x 5mm VQFN
    • 38引腳TSSOP-EP
• 溫度范圍：-40°C至+165°C

典型應(yīng)用電路

MCP8021/2三相BLDC電機(jī)柵極驅(qū)動(dòng)器技術(shù)解析與應(yīng)用指南

?一、核心特性與設(shè)計(jì)亮點(diǎn)?

1. ?驅(qū)動(dòng)架構(gòu)?
   • ?三相半橋驅(qū)動(dòng)?：支持外部高邊/低邊NMOS MOSFET對(duì)，獨(dú)立輸入控制，峰值輸出電流0.5A@12V，集成防直通、過流及短路保護(hù)。
   • ?工作模式?：支持休眠模式（5μA靜態(tài)電流）、待機(jī)模式（<330μA），內(nèi)置喚醒引腳（WAKE）和故障引腳（FAULT）。
   • ?電源管理?：集成3.3V/5V LDO穩(wěn)壓器（70mA輸出），帶電流折返保護(hù)，輸入電壓范圍4-40V，支持6.25-29V操作電壓。
2. ?關(guān)鍵保護(hù)機(jī)制?
   • ?電壓監(jiān)控?：欠壓鎖定（UVLO）、過壓鎖定（OVLO）、柵極驅(qū)動(dòng)欠壓保護(hù)（VDUVLO）。
   • ?溫度保護(hù)?：熱關(guān)斷閾值170°C（典型值），支持-40°C至+165°C結(jié)溫范圍。
   • ?通信接口?：?jiǎn)尉€UART（DE2引腳）用于配置與狀態(tài)反饋，支持自動(dòng)波特率檢測(cè)（9600bps）。

?二、典型應(yīng)用電路設(shè)計(jì)?

1. ?硬件連接示例?
   • ?功率級(jí)?：外接6個(gè)NMOS組成三相橋，VBx引腳連接自舉二極管和電容（典型值0.1μF）。
   • ?關(guān)鍵外圍?：
     • ?VBOOT電容?：≥4.7μF（陶瓷/鉭電容），確保高邊驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性。
     • ?VREG電容?：4.7μF低ESR電容，保障LDO瞬態(tài)響應(yīng)。
     • ?柵極電阻?：10-100Ω串聯(lián)柵極，抑制開關(guān)振鈴。
2. ?PCB布局建議?
   • 星型接地布局，縮短功率回路路徑。
   • 自舉電容靠近VBx引腳，相位節(jié)點(diǎn)走線寬且短以降低寄生電感。

?三、配置與寄存器詳解?

1. ?DE2通信協(xié)議?
   • ?消息格式?：8位數(shù)據(jù)+1停止位，半雙工模式，支持主機(jī)查詢狀態(tài)（STATUS_0/1）和配置（SET_CFG_0/2）。
   • ?故障處理?：通過OE引腳低-高跳變清除故障鎖存，F(xiàn)AULT引腳輸出開漏信號(hào)。
2. ?寄存器功能?
   • ?CFG0寄存器?：控制休眠模式、運(yùn)放使能（MCP8022）、MOSFET保護(hù)閾值（EXTOC[1:0]）。
   • ?CFG2寄存器?：設(shè)置死區(qū)時(shí)間（200-2000ns）和消隱時(shí)間（500-4000ns）。

?四、軟件控制策略?

1. ?六步換相實(shí)現(xiàn)?
   • ?啟動(dòng)流程?：對(duì)齊（Lock）→開環(huán)加速（Ramp）→閉環(huán)運(yùn)行（Run），利用反電動(dòng)勢(shì)（BEMF）檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。
   • ?PWM調(diào)制?：支持?jǐn)夭?斬波（動(dòng)態(tài)響應(yīng)）和斬波-滑行（穩(wěn)態(tài)高效）模式，通過DRVDT[2:0]調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間。
2. ?故障恢復(fù)機(jī)制?
   • 觸發(fā)條件：MOSFET過流（XOCPF）、柵極欠壓（XUVLOF）、溫度警告（OTPW）。
   • 恢復(fù)流程：檢測(cè)故障→關(guān)閉驅(qū)動(dòng)→發(fā)送DE2消息→OE引腳復(fù)位。

?五、選型與設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)?

1. ?熱管理?
   • 封裝熱阻θJA=35°C/W（VQFN），需通過散熱焊盤+過孔散熱。
   • 避免持續(xù)工作在>140°C（警告閾值）。
2. ?EMC優(yōu)化?
   • 相位節(jié)點(diǎn)添加TVS管（如33V）抑制電壓尖峰。
   • 柵極串聯(lián)電阻與電容（1-10nF）降低dV/dt。