作者：Jimmy Zhou

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在無繩電動(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通過檢測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M5050內(nèi)部已經(jīng)集成了電荷泵，供電電壓無需高于電池包電壓。在無繩電動(dòng)工具中，可以通過多包并聯(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，支持過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)和過流保護(hù)，可調(diào)整的開通時(shí)間，通過控制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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其他信息

• LM5050應(yīng)用手冊(cè)：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5050-1.pdf
• LM5060應(yīng)用手冊(cè)：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5060.pdf
• BQ76200應(yīng)用手冊(cè)：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq76200.pdf
• LM7480x應(yīng)用手冊(cè)：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm7480-q1.pdf
• SLUAA58 Application Report應(yīng)用文檔：https://www.ti.com/lit/an/sluaa58/sluaa58.pdf
• UCC27284技術(shù)手冊(cè)：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ucc27284.pdf