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(diǎn)。
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(diǎn)，同時(shí)具有可控強(qiáng)、導(dǎo)通時(shí)間可調(diào)整、支持多包并聯(lián)、短路保護(hù)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)理想二極管的功能。同時(shí)因?yàn)長M5050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(shí)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(shí)現(xiàn)多個(gè)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)，充電MOS和放電MOS可以分別獨(dú)立控制，靈活性更高。
圖5：支持充電/放電獨(dú)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，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8.25Ω，電荷泵電容470nF等條件下，驅(qū)動電流為1.68A，開通關(guān)斷時(shí)間小于0.5us。
圖7：使用半橋驅(qū)動實(shí)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
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LM5050
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LM5060
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BQ76200
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LM7480x
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Circuit in SLUAA58
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FuncTIon
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Ideal Diode Controller
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High Side ProtecTIon Controller
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High Side Back-to-Back MOS Driver
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Ideal Diode Controller, High Side MOS driver
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High Side Back-to-Back MOS Driver
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Bus Voltage
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75V
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65V
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75V
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65V
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>100V
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Normal Mode Current
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420uA
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1.4mA
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40uA
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413uA
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1.1mA
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Shut Down Mode Current
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-
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9uA
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10uA
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2.8uA
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7uA
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Gate Charge current
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30uA
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24uA
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10.9mA/3.4mA
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20mA
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Depends on charge-pump capacitor and gate resistor（Several
amperes）
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Gate Discharge current
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2.8A
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80mA
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40mA/12mA
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2.6A
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