【導(dǎo)讀】在汽車(chē)域控、發(fā)動(dòng)機(jī) ECU、工業(yè) PLC 等系統(tǒng)中，多路電磁閥、繼電器這類(lèi)感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)，長(zhǎng)期面臨 MCU IO 緊缺、關(guān)斷電壓尖峰高、故障定位難等問(wèn)題。納芯微 NSD5614 四通道智能低邊驅(qū)動(dòng)系列現(xiàn)已量產(chǎn)，支持 SPI 與并口雙輸入，可通過(guò) SPI 菊花鏈級(jí)聯(lián)，大幅減少 IO 與隔離器件用量。產(chǎn)品內(nèi)置 60V 高壓鉗位，±4kV ESD 防護(hù)，四通道獨(dú)立保護(hù)，還能在關(guān)斷狀態(tài)下檢測(cè)負(fù)載開(kāi)路、短路到地故障。該系列分為車(chē)規(guī)、工規(guī)兩個(gè)版本，分別面向汽車(chē)底盤(pán)、車(chē)身域控以及工業(yè) PLC 低邊負(fù)載場(chǎng)景；同系列更大電流版本 NSD5624 目前處于送樣階段。NSD5614 屬于納芯微 MotivDrive? 電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品家族，助力簡(jiǎn)化多路負(fù)載硬件設(shè)計(jì)，提升整機(jī)穩(wěn)定性。
NSD5614系列支持SPI串口與并口雙輸入接口，具備四通道獨(dú)立診斷與保護(hù)功能，內(nèi)置60V高壓鉗位，增強(qiáng)ESD性能可達(dá)±4kV，支持輸出并聯(lián)及最高200kHz PWM開(kāi)關(guān)頻率，全面簡(jiǎn)化多路負(fù)載驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，顯著提升整機(jī)魯棒性。
NSD5614系列提供車(chē)規(guī)和工規(guī)兩種版本，滿(mǎn)足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。車(chē)規(guī)版本適用于12V/24V/48V汽車(chē)應(yīng)用場(chǎng)景，可驅(qū)動(dòng)底盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU及車(chē)身域控中的各類(lèi)電磁閥、繼電器等負(fù)載。工規(guī)版本面向工業(yè)自動(dòng)化PLC與智能終端等領(lǐng)域的各類(lèi)低邊負(fù)載應(yīng)用。
SPI接口支持多芯片菊花鏈級(jí)聯(lián)，大幅減少輸入IO和信號(hào)隔離數(shù)量，降低系統(tǒng)成本
NSD5614系列除了支持簡(jiǎn)單的并口輸入控制輸出外，還支持通過(guò)SPI接口控制輸出。SPI通信支持兩種連接方式：
下圖左為SPI并行連接方式，多個(gè)NSD5614從設(shè)備共用通信線(xiàn)SDI/SDO/SCK，每個(gè)芯片單獨(dú)連接片選信號(hào)NCS。
下圖右為SPI菊花鏈（Daisy Chain）連接方式，多個(gè)NSD5614從設(shè)備共用時(shí)鐘信號(hào)SCK和片選信號(hào)NCS，每個(gè)芯片的SDI和SDO采用菊花鏈連接。
圖1 多芯片SPI接口控制連接方式
采用SPI串口連接多個(gè)NSD5614芯片，可大幅減少控制IO口數(shù)量。特別是在菊花鏈級(jí)聯(lián)模式下，針對(duì)工業(yè)PLC中N個(gè)四通道低邊驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用，僅需1個(gè)SPI口和1個(gè)四通道數(shù)字隔離器，即可替代原本所需的4N個(gè)輸入IO口和4N個(gè)光耦隔離器件。
關(guān)斷狀態(tài)下的的負(fù)載開(kāi)路（OL）和短路到地（SCG）診斷，精準(zhǔn)定位反饋故障
NSD5614支持負(fù)載開(kāi)路（OL）和短路到地（SCG）診斷功能，可在驅(qū)動(dòng)芯片關(guān)斷狀態(tài)（Off state）下進(jìn)行檢測(cè)，幫助系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)負(fù)載前及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，提升系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性和可維護(hù)性。
Off state診斷的原理是在芯片內(nèi)部的MOS管關(guān)斷時(shí)，通過(guò)對(duì)OUT端施加上下拉電流，使OUT端電壓處于不同電位，從而檢測(cè)OUT端的負(fù)載連接狀態(tài)。
當(dāng)VOUT>0.6*VDD時(shí)，判定OUT端負(fù)載連接正常（Normal）。
當(dāng)0.4*VDD<VOUT<0.6*VDD，且持續(xù)超過(guò)110μs時(shí)，判定OUT端負(fù)載開(kāi)路（OPL）。
當(dāng)VOUT<0.4*VDD，且持續(xù)超過(guò)110μs時(shí)，判定OUT端短路到地（SCG）。
內(nèi)置高壓鉗位管與通道獨(dú)立保護(hù)機(jī)制，全面提升系統(tǒng)可靠性
NSD5614用于驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，當(dāng)?shù)瓦匨OS關(guān)斷后，感性負(fù)載開(kāi)始退磁（Demagnetization）。為防止OUT端產(chǎn)生過(guò)高電壓而損壞內(nèi)部MOS管，芯片內(nèi)置的高壓鉗位管將VDS電壓鉗位至VDS(CL)，使續(xù)流電流逐漸衰減至零，如下圖3所示，對(duì)應(yīng)t從0到t1的階段。
高壓鉗位管的EAS鉗位能量可參考下圖中的計(jì)算公式，也可通過(guò)示波器計(jì)算該階段的輸出電壓、電流和時(shí)間的積分。
圖2 輸出鉗位及鉗位能量
NSD5614具備全面的保護(hù)和診斷功能，包括四通道獨(dú)立的過(guò)溫保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、負(fù)載開(kāi)路和短路到地診斷檢測(cè)，以及VM電壓欠壓保護(hù)，有助于提升系統(tǒng)可靠性。
封裝與選型
納芯微四通道SPI接口智能低邊驅(qū)動(dòng)NSD5614系列現(xiàn)已全面量產(chǎn)，更大電流、更低內(nèi)阻的NSD5624系列正在樣品階段。兩款產(chǎn)品均支持輸出通道獨(dú)立控制，并具備全面的智能診斷與保護(hù)功能，可滿(mǎn)足汽車(chē)及工業(yè)領(lǐng)域的高可靠性應(yīng)用需求。
圖3 NSD5614系列選型表
納芯微MotivDrive?：面向汽車(chē)、工業(yè)和智能終端市場(chǎng)的高可靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案
MotivDrive?是納芯微傾力打造的電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品家族，以高集成、安全可靠、品類(lèi)豐富為核心優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品覆蓋直流有刷電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)的集驅(qū)和預(yù)驅(qū)（NSD7系列、NSD8系列、NSD3系列），繼電器、電磁閥與螺線(xiàn)管的低邊驅(qū)動(dòng)（NSD56系列、NSD1x4系列）等多種品類(lèi)。
MotivDrive?電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品支持高精度電流采樣，并集成過(guò)流、過(guò)溫、欠壓保護(hù)及堵轉(zhuǎn)、負(fù)載開(kāi)路檢測(cè)等全面的保護(hù)與診斷功能，幫助客戶(hù)減少外圍器件，實(shí)現(xiàn)小型化與高可靠性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
關(guān)于納芯微
納芯微電子（簡(jiǎn)稱(chēng)納芯微，股票代碼：688052.SH/02676.HK）是高性能高可靠性模擬及混合信號(hào)芯片公司，聚焦傳感器、信號(hào)鏈、電源管理三大產(chǎn)品方向，為汽車(chē)、可再生能源與電源、工業(yè)自動(dòng)化、智能終端等行業(yè)提供全鏈路半導(dǎo)體解決方案。
從綠色能源、智慧出行到智能終端，納芯微致力于通過(guò)持續(xù)的技術(shù)突破與應(yīng)用創(chuàng)新，構(gòu)筑面向物理 AI 時(shí)代值得信賴(lài)的芯基建。
結(jié)論
多路感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)的 IO 資源緊張、感性尖峰與故障排查難題，一直是汽車(chē)電控和工業(yè) PLC 設(shè)計(jì)的痛點(diǎn)。NSD5614 依靠 SPI 菊花鏈級(jí)聯(lián)方案，有效節(jié)約 MCU IO 與外圍隔離器件成本，配合關(guān)斷態(tài)負(fù)載診斷、多維度通道保護(hù)和內(nèi)置高壓鉗位，既能抑制感性負(fù)載關(guān)斷尖峰，又能提前識(shí)別負(fù)載故障。車(chē)規(guī)與工規(guī)雙版本覆蓋汽車(chē)和自動(dòng)化市場(chǎng)，和后續(xù) NSD5624 一起，擴(kuò)充 MotivDrive? 驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品矩陣，為多路繼電器、電磁閥負(fù)載提供高集成、高可靠的驅(qū)動(dòng)方案。
