Other Parts Discussed in Post: LM5060, BQ76200, UCC27284
作者：Jimmy Zhou
在無繩電動工具應(yīng)用中，電池包的電壓通常為16V、20V、24V、40V、60V和80V，會使用機(jī)械開關(guān)控制驅(qū)動板供電，但是由于機(jī)械開關(guān)的特性，會存在開關(guān)火花、壽命、體積等缺點。
圖1：電動工具中機(jī)械開關(guān)應(yīng)用
在電動工具中，引入高邊驅(qū)動方案，除了避免傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)的固有缺點，同時具有可控強(qiáng)、導(dǎo)通時間可調(diào)整、支持多包并聯(lián)、短路保護(hù)、體積小等優(yōu)點。如圖2所示，高邊驅(qū)動IC會產(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：電動工具中高邊驅(qū)動芯片方案
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，實現(xiàn)理想二極管的功能。同時因為LM5050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，也可以實現(xiàn)不同電壓等級電池包并聯(lián)。如圖3所示，通過電池包輸出串聯(lián)MOS的源級，經(jīng)由LM5050的控制，可以實現(xiàn)多個電池包并聯(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)動方案
3.支持High Side Back-to-back MOS驅(qū)動的BQ76200
BQ76200是High Side NFET 驅(qū)動芯片，工作電壓8V – 75V，最高承受100V電壓，可以分別控制兩個Back-to-Back MOS。相比LM5060，BQ76200的工作電流為40uA，失能狀態(tài)下，內(nèi)部電荷泵模塊也會失能，靜態(tài)電流不超過10uA，更適合電池供電系統(tǒng)。同時，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模式和輸出開斷模式的 LM7480x
LM7480x是Back-to-Back NFET的驅(qū)動器，同時支持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)動開通電流20mA，驅(qū)動關(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：同時支持Ideal Diode模式和輸出開斷模式的 LM7480x
5.使用半橋驅(qū)動芯片實現(xiàn)高邊Back-to-Back NFET驅(qū)動
對于之前的驅(qū)動IC，電池電壓不超過80V，驅(qū)動電流也相對小，開關(guān)速度較慢。對于80V以上的Back-to-Back NFET驅(qū)動，可以考慮圖6的方案（Application Report SLUAA58）。如圖6所示，通過半橋驅(qū)動芯片，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，一般的半橋驅(qū)動IC的工作電流較大，工作電流達(dá)mA級別；失能條件下，靜態(tài)電流為7uA。從驅(qū)動能力上看，整體上取決于電荷泵電容和驅(qū)動電阻，在供電電壓12V，驅(qū)動電阻8.25?，電荷泵電容470nF等條件下，驅(qū)動電流為1.68A，開通關(guān)斷時間小于0.5us。
圖7：使用半橋驅(qū)動實現(xiàn)高邊驅(qū)動
最后，從母線電壓、功能、驅(qū)動能力、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(qū)動方式的對比表格
| LM5050 | LM5060 | BQ76200 | LM7480x | Circuit in SLUAA58 |
Function | Ideal Diode Controller | High Side Protection Controller | High Side Back-to-Back MOS Driver | Ideal Diode Controller, High Side MOS driver | High Side Back-to-Back MOS Driver |
Bus Voltage | 75V | 65V | 75V | 65V | >100V |
Normal Mode Current | 420uA | 1.4mA | 40uA | 413uA | 1.1mA |
Shut Down Mode Current | - | 9uA | 10uA | 2.8uA | 7uA |
Gate Charge current | 30uA | 24uA | 10.9mA/3.4mA | 20mA | Depends on charge-pump capacitor and gate resistor（Several amperes） |
Gate Discharge current | 2.8A | 80mA | 40mA/12mA | 2.6A |
其他信息
LM5050應(yīng)用手冊：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5050-1.pdf
LM5060應(yīng)用手冊：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5060.pdf
BQ76200應(yīng)用手冊：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq76200.pdf
LM7480x應(yīng)用手冊：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：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ucc27284.pdf
