從車規級驅動芯片廠商技術路線看三相柵極驅動動向

現階段，大部分和汽車相關的芯片價格都在上漲，缺貨必然伴隨著漲價。車規級主控MCU、車規級電源芯片以及車規級驅動芯片，占了汽車行業缺芯的絕大部分，剩下的才是信號鏈通信芯片。

眾所周知，如果能夠讓功率器件保持在最大輸出功率上那當然是最好的，但是往往驅動是沒法這么穩定的。如何在保持功率和關斷間掌握好火候成了考量驅動性能的一個重難點。目前車規級的柵極驅動一般有符合標準的全橋和三相橋驅動，在低壓車規級應用里有很多應用空間。

英飛凌：拔高工藝與性能

車規芯片一直都是英飛凌拿手的，這些柵極驅動器IC涵蓋MOSFET、IGBT和SiC技術，在12 V至1200 V的汽車應用中總少不了這些驅動的身影。英飛凌的三相柵極驅動一般應用在低壓域，諸如電動助力轉向，制動助力器，MHEV起動發電機等等。

（圖源：英飛凌）

英飛凌的驅動IC，采用了MOTIX Driver工藝，專門用于控制6至12個外部MOSFET，可以構成汽車行業高電流三相電機驅動的轉換器。這類驅動除了本身工藝參數需要足夠優秀外，更看重集短路檢測、診斷和高輸出結合。尤其是在汽車應用上，車規級應用的典型特定要求需要器件即使在低電池電壓下也能實現全部功能。英飛凌的驅動中3個高端和3個低端輸出級功能強大，足以驅動柵極電荷為400nC、下降和上升時間約為150ns的MOSFET。

在英飛凌的驅動IC上，且不看檢測功能集成，其本身在低至5.5V電源柵極電壓下能達到脈寬調制頻率高達30kHz就已經足夠驚人。PWM 0到100%的占空比配置也給予了器件相應的靈活度。較為獨特的是，驅動IC的各MOSFET有單獨的輸入和源極連接，并通過集成最小死區時間讓整個器件的效率更近了一步。0.8A和1.5A的拉/灌電流同樣保證了驅動效率。

從另一方面看，對器件的監控也是車規級應用中越來越重視的功能。英飛凌在驅動IC上配置了安全相關應用的外部5V監控。在封裝上器件VQFN48的封裝，帶散熱焊盤確保了出色的冷卻效果。作為車規級芯片大廠，英飛凌在這類驅動上的設計有很多值得參考的地方。

TI：車規級驅動智能化

TI的Smart gate drive在車規級驅動里也是極為出名的系列，主打一個“智能”。系列里的三相柵極驅動都基于TI的智能柵極驅動架構（SGD），無需任何外部柵極組件（電阻器和齊納二極管），為外部FET提供全面保護。

（圖源：TI）

SGD 架構首先通過優化死區時間避免了器件擊穿問題的出現，再通過柵極壓擺率控制技術降低電磁干擾（EMI）方面大大提高了靈活性。該架構還能通過VGS和死區插入方法防止柵極短路與柵極導通。該架構有著15mA至150mA的峰值拉電流和30mA至300mA峰值灌電流。單從架構上來說，其提供的保護和可配置性提高了設計的簡單性，并為系統帶來了新的智能水平。

三相智能柵極驅動同樣支持0至100%占空比的PWM控制模式。這些模式可根據具體的控制要求減少控制器的輸出外設數量，提供極大的控制靈活性。MOSFET過流保護、擊穿保護、欠壓閉鎖等等保護特性也都一個不少地配置在器件中。Smart gate drive里DRV8XXX系列，符合車規級應用的驅動無一例外全部缺貨。

ST：驅控與保護結合

ST的STDRIVE系列驅動運動控制系統上提供了廣泛的電流輸出驅動能力和配置選擇，不僅有獨立高側和低側驅動，還配置具有死區時間，同時STDRIVE高電壓驅動器含有運算放大器和比較器能幫助設計轉換器保護電路。作為運控領域的大廠，ST將控制與保護結合得很流暢。

（圖源：ST）

STDRIVE系列的車規三相柵極驅動能提供350 mA的灌電流和200 mA的拉電流，電流驅動能力絕對的行業一流水平，總延遲極低，僅為85n，在中高功率應用中都有不少應用。STDRIVE系列的車規三相柵極驅動采用了“BCD”離線技術，該技術在大幅增強驅動能力的同時，增強了互鎖和死區功能，可防止交叉傳導大大提升了芯片的安全性。

在驅控能力已經達標的情況下，ST的三相柵極驅動系列內嵌的比較器還集成了先進的SmartSD功能，確?？焖儆行У胤乐惯^流、超溫等故障發生，進一步增強了對器件的保護。在低側和每個高側驅動部分有專門的UVLO保護，可防止電源開關在低效率或危險條件下工作。在驅控和器件保護的結合上，ST的策略極為穩妥。

小結

隨著汽車電子化程度和集成度越來越高，汽車中負載的種類和路數也不斷增加，對各種驅動的需求也在相應增加。車規級驅動芯片可以說直接決定了元件的性能能否充分發揮?？偟膩碚f，驅動作為場控核心，這幾家車規大廠都有自己的獨有技術來提高驅動效率并給予器件充分的保護，在智能化上也做了很多功能的補充，給車規級驅動芯片做了相當大的性能拔高。