BTN7970在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：Infineon公司的大功率H半橋集成芯片BTN7970內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，故可以直接和MCU接口，同時(shí)具有電流檢測，以及過溫、過壓、欠壓、過流和短路保護(hù)等診斷功能。本文介紹了BTN7970在直流電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的典型應(yīng)用，給出了電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路以及軟件設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：BTN7970；H橋；PWM控制；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)

引言
微電機(jī)在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，采用驅(qū)動(dòng)電路和MOSFET管的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不僅電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，而且不容易控制。針對此問題，各半導(dǎo)體廠商推出了直流電機(jī)控制專用集成電路，無需驅(qū)動(dòng)便可以與MCU接口，且無需另外添加電機(jī)電流檢測電路，外圍器件少，電機(jī)控制簡單。
目前該類芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于微電機(jī)的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，但它也存在一些缺點(diǎn)；輸出功率有限，不適合大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的需求；采用PWM信號驅(qū)動(dòng)且PWM信號的頻率和占空比有一定限制；沒有光電隔離電路，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生擊穿等故障時(shí)會(huì)損壞與之相連的MCU等器件。
以Infineon公司推出的BTN7970芯片為例，它所供電壓為8～45 V，最大電流為50 A，驅(qū)動(dòng)信號PWM頻率為1～25 kHz。由于功率和驅(qū)動(dòng)信號占空比的限制，使得它有很大的局限性。在電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路和控制程序設(shè)計(jì)方面要綜合考慮并采取適當(dāng)措施。本文將詳細(xì)介紹BTN7970在大功率微電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的典型應(yīng)用。

1 BTN7970簡介
BTN7970是由Infineon(英飛凌)公司推出的智能功率驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)含電流檢測電路、控制驅(qū)動(dòng)電路，以及1個(gè)P型和1個(gè)N型MOSFET管，可以靈活應(yīng)用于2相或3相、直流有刷或無刷電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)電路中，不僅可以簡化電路設(shè)計(jì)，而且使得控制更加簡單。在過溫、過壓、欠壓、過流和短路的情況下，芯片自動(dòng)關(guān)斷輸入；當(dāng)電流超過標(biāo)定的最大電流時(shí)，通過MCU端的I／0使能引腳關(guān)斷驅(qū)動(dòng)芯片。為了防止系統(tǒng)在工作過程中因?yàn)樾酒Ｗo(hù)而停止工作，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮散熱、穩(wěn)壓、過流保護(hù)等情況并采取措施。
BTN7970提供PG-T0263-7-1、PG-T0220-7-11和PG-T0220-7-12三種封裝。其引腳功能定義如表1所列。

當(dāng)INH引腳輸入高電平時(shí)，OUT端輸出電壓由IN端輸入的PWM占空比決定。當(dāng)占空比大于某個(gè)值時(shí)，輸入芯片內(nèi)部經(jīng)過非門驅(qū)動(dòng)電路后，輸出低電平使得上背P型MOSFET管導(dǎo)通，此時(shí)通過調(diào)節(jié)輸入占空比后調(diào)節(jié)0UT端的輸出電壓。當(dāng)輸入占空比為O時(shí)，輸入低電平經(jīng)過非門驅(qū)動(dòng)電路后，輸出高電平使得下背N型MOSFET管導(dǎo)通，IS端檢測的電流為經(jīng)過上背MOSFET管的電流(即電機(jī)當(dāng)前電流)。在實(shí)際應(yīng)用中通常將2片或3片BTN7970組合起來構(gòu)成電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路。

2 電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
主控制器選用Freescale公司基于PowerPC構(gòu)架的32位處理器MPC5604P。通過I／0口、PWM輸出引腳、A／D采集引腳直接和BTN7970接口。下面介紹2相直流電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方法。