作者：Jimmy Zhou

在無(wú)繩電動(dòng)工具應用中，電池包的電壓通常為16V、20V、24V、40V、60V和80V，會(huì )使用機械開(kāi)關(guān)控制驅動(dòng)板供電，但是由于機械開(kāi)關(guān)的特性，會(huì )存在開(kāi)關(guān)火花、壽命、體積等缺點(diǎn)。

圖1：電動(dòng)工具中機械開(kāi)關(guān)應用

在電動(dòng)工具中，引入高邊驅動(dòng)方案，除了避免傳統機械開(kāi)關(guān)的固有缺點(diǎn)，同時(shí)具有可控強、導通時(shí)間可調整、支持多包并聯(lián)、短路保護、體積小等優(yōu)點(diǎn)。如圖2所示，高邊驅動(dòng)IC會(huì )產(chǎn)生高出電池包12V的電壓，通過(guò)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(guò)檢測VDS上電壓，控制VGS上電壓，實(shí)現理想二極管的功能。同時(shí)因為L(cháng)M5050內部已經(jīng)集成了電荷泵，供電電壓無(wú)需高于電池包電壓。在無(wú)繩電動(dòng)工具中，可以通過(guò)多包并聯(lián)方式，提升整體的電池容量，也可以實(shí)現不同電壓等級電池包并聯(lián)。如圖3所示，通過(guò)電池包輸出串聯(lián)MOS的源級，經(jīng)由LM5050的控制，可以實(shí)現多個(gè)電池包并聯(lián)。

圖3：LM5050 應用多包并聯(lián)方案

2.支持高邊驅動(dòng)的LM5060

LM5060是High Side ProtecTIon Controller，工作電壓支持5.5V- 65V，支持過(guò)壓保護、欠壓保護和過(guò)流保護，可調整的開(kāi)通時(shí)間，通過(guò)控制EN引腳電壓，可以開(kāi)斷輸出。LM5060內部集成了電荷泵，不需要額外供電，可以實(shí)現24uA門(mén)極充電電流和80mA的門(mén)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 高邊驅動(dòng)方案

3.支持High Side Back-to-back MOS驅動(dòng)的BQ76200

BQ76200是High Side NFET 驅動(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，內部電荷泵模塊也會(huì )失能，靜態(tài)電流不超過(guò)10uA，更適合電池供電系統。同時(shí)，充電MOS和放電MOS可以分別獨立控制，靈活性更高。

圖5：支持充電/放電獨立控制的BQ76200

4. 支持Ideal Diode模式和輸出開(kāi)斷模式的 LM7480x

LM7480x是Back-to-Back NFET的驅動(dòng)器，同時(shí)支持Ideal Diode模式和輸出開(kāi)斷控制，輸入電壓支持3V – 65V，有-65V反向電壓承受能力，驅動(dòng)開(kāi)通電流20mA，驅動(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(kāi)斷控制。

圖6：同時(shí)支持Ideal Diode模式和輸出開(kāi)斷模式的 LM7480x

5.使用半橋驅動(dòng)芯片實(shí)現高邊Back-to-Back NFET驅動(dòng)

對于之前的驅動(dòng)IC，電池電壓不超過(guò)80V，驅動(dòng)電流也相對小，開(kāi)關(guān)速度較慢。對于80V以上的Back-to-Back NFET驅動(dòng)，可以考慮圖6的方案（ApplicaTIon Report SLUAA58）。如圖6所示，通過(guò)半橋驅動(dòng)芯片，例如UCC27284，構建電荷泵，把電荷泵電容電壓提升12V。通過(guò)上橋臂的邏輯電平，可以控制功率回路的通斷。同時(shí)，一般的半橋驅動(dòng)IC的工作電流較大，工作電流達mA級別；失能條件下，靜態(tài)電流為7uA。從驅動(dòng)能力上看，整體上取決于電荷泵電容和驅動(dòng)電阻，在供電電壓12V，驅動(dòng)電阻8.25Ω，電荷泵電容470nF等條件下，驅動(dòng)電流為1.68A，開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間小于0.5us。

圖7：使用半橋驅動(dòng)實(shí)現高邊驅動(dòng)

最后，從母線(xiàn)電壓、功能、驅動(dòng)能力、靜態(tài)電流等角度，給出以上5種方式的對比表格。

表1：5種高邊驅動(dòng)方式的對比表格