BTN7970在直流電機驅動系統中的應用

摘要：Infineon公司的大功率H半橋集成芯片BTN7970內部集成了驅動電路，故可以直接和MCU接口，同時具有電流檢測，以及過溫、過壓、欠壓、過流和短路保護等診斷功能。本文介紹了BTN7970在直流電機控制驅動系統中的典型應用，給出了電機控制驅動電路以及軟件設計。
關鍵詞：BTN7970；H橋；PWM控制；直流電機驅動

引言
微電機在嵌入式系統領域的應用日益廣泛，采用驅動電路和MOSFET管的傳統設計方法不僅電路設計復雜，而且不容易控制。針對此問題，各半導體廠商推出了直流電機控制專用集成電路，無需驅動便可以與MCU接口，且無需另外添加電機電流檢測電路，外圍器件少，電機控制簡單。
目前該類芯片已經廣泛應用于微電機的嵌入式應用領域，但它也存在一些缺點；輸出功率有限，不適合大功率直流電機驅動的需求；采用PWM信號驅動且PWM信號的頻率和占空比有一定限制；沒有光電隔離電路，當驅動電路發生擊穿等故障時會損壞與之相連的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，驅動信號PWM頻率為1～25 kHz。由于功率和驅動信號占空比的限制，使得它有很大的局限性。在電機控制驅動電路和控制程序設計方面要綜合考慮并采取適當措施。本文將詳細介紹BTN7970在大功率微電機控制驅動系統中的典型應用。

1 BTN7970簡介
BTN7970是由Infineon(英飛凌)公司推出的智能功率驅動芯片，內含電流檢測電路、控制驅動電路，以及1個P型和1個N型MOSFET管，可以靈活應用于2相或3相、直流有刷或無刷電機的控制驅動電路中，不僅可以簡化電路設計，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，芯片自動關斷輸入；當電流超過標定的最大電流時，通過MCU端的I／0使能引腳關斷驅動芯片。為了防止系統在工作過程中因為芯片保護而停止工作，在系統設計時要考慮散熱、穩壓、過流保護等情況并采取措施。
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INH引腳輸入高電平時，OUT端輸出電壓由IN端輸入的PWM占空比決定。當占空比大于某個值時，輸入芯片內部經過非門驅動電路后，輸出低電平使得上背P型MOSFET管導通，此時通過調節輸入占空比后調節0UT端的輸出電壓。當輸入占空比為O時，輸入低電平經過非門驅動電路后，輸出高電平使得下背N型MOSFET管導通，IS端檢測的電流為經過上背MOSFET管的電流(即電機當前電流)。在實際應用中通常將2片或3片BTN7970組合起來構成電機控制驅動電路。

2 電機控制驅動電路設計
主控制器選用Freescale公司基于PowerPC構架的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相直流電機控制驅動電路的設計方法。