Drone's DIYer

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv8302.pdf

Features

• 8-V to 60-V Operating Supply Voltage Range 

• 1.7-A Source and 2.3-A Sink Gate Drive Current Capability 

• Bootstrap Gate Driver With 100% Duty Cycle Support 

• 6 or 3 PWM Input Modes 

• Dual Integrated Current Shunt Amplifiers With Adjustable Gain and Offset 

• 3.3-V and 5-V Interface Support 

• Hardware Control Interface 

• Protection Features: 

– Programmable Dead Time Control (DTC) 

– Programmable Overcurrent Protection (OCP) 

– PVDD and GVDD Undervoltage Lockout (UVLO) 

– GVDD Overvoltage Lockout (OVLO) 

– Overtemperature Warning/Shutdown (OTW/OTS) 

– Reported through nFAULT and nOCTW pins

Function Block Diagram

Description 

The DRV8302 is a gate driver IC for three phase motor drive applications. It provides three bridge drivers, each capable of driving two N-channel MOSFETs. The device supports up to 1.7-A source and 2.3-A sink current capability. The DRV8302 can operate off of a single power supply with a wide range from 8-V to 60-V. It uses a bootstrap gate driver architecture with trickle charge circuitry to support 100% duty cycle. The DRV8302 uses automatic hand shaking when the high side or low side MOSFET is switching to prevent current shoot through. Integrated VDS sensing of the high and low side MOSFETs is used to protect the external power stage against overcurrent conditions.

DRV8302는 3상 모터 구동 애플리케이션을 위한 게이트 드라이버 IC입니다. 이는 3개의 브릿지 드라이버를 제공하는데 각각은 2개의 N채널 MOSFET을 구동하는 것이 가능합니다. 이 디바이스는 1.7A까지 source와 2.3A까지 sink 전류 용장성을 갖습니다. DRV8302는 8V - 60V의 넓은 범위의 단독 전원에서 동작할 수 있습니다. 이것은 100% 듀티 싸이클을 지원하기 위해서 trickle charge(작은 전류로 충전하는 완속충전) 회로로 부트스트랩(bootstrap) 게이트 드라이버 구조를 사용합니다. DRV8302는 high side 혹은 low side MOSFET이 스위칭 할 때 전류 shoot through를 방지하기 위해서 automatic hand shaking을 사용합니다. high 그리고 low side MOSFET의 집적화된 VDS 센싱은 과전류 조건에서 외부 전원을 보호하기 위해서 사용됩니다.

The DRV8302 includes two current shunt amplifiers for accurate current measurement. The amplifiers support bi-directional current sensing and provide and adjustable output offset up to 3 V.

DRV8302는 정확한 전류 측정을 위해서 2개의 current shunt amplifier를 내장합니다. 이 amplifier는 양방향 전류 센싱을 지원하고 3V까지 조정할 수 있는 출력 옵셋을 제공합니다.

The DRV8302 also includes an integrated switching mode buck converter with adjustable output and switching frequency. The buck converter can provide up to 1.5 A to support MCU or additional system power needs.

DRV8302는 또한 조정할 수 있는 출력 그리고 스위칭 주파수를 갖는 집적화된 스위칭 모드 buck 컨버터를 포함합니다. 이 buck 컨버터는 MCU 혹은 추가적인 시스템 전원을 지원하기 위해서 1.5A까지 공급할 수 있습니다.

A hardware interface allows for configuring various device parameters including dead time, overcurrent, PWM mode, and amplifier settings. Error conditions are reported through the nFAULT and nOCTW pins.

하드웨어 인터페이스는 dead time, overcurrent, PWM mode 그리고 amplifier 셋팅을 포함한 다양한 디바이스 파라미터들을 설정하는 것을 허용합니다. 에러 조건들은 nFAULT과 nOCTW 핀을 통해서 보고됩니다.

Three-Phase Gate Driver

The half-bridge drivers use a bootstrap configuration with a trickle charge pump to support 100% duty cycle operation. Each half-bridge is configured to drive two N-channel MOSFETs, one for the high-side and one for the low-side. The half-bridge drivers can be used in combination to drive a 3-phase motor or separately to drive various other loads.

Half-bridge 드라이버는 100% 듀티 싸이클 동작을 지원하기 위해서 trickle charge pump을 갖는 부트스트랩(bootstrap) 구성을 사용합니다. 각 half-bridge는 2개의 N채널 MOSFET를 구동하는데, high side에 하나 그리고 low side에 하나입니다. half-bridge 드라이버는 3상 모터를 구동하는 조합으로 혹은 다양한 부하를 독립적으로 구동하기 위해서 사용될 수 있습니다.

The internal dead times are adjustable to accommodate a variety of external MOSFETs and applications. The dead time is adjusted with an external resistor on the DTC pin. Shorting the DTC pin to ground provides the minimum dead time (50 ns). There is an internal hand shake between the high side and low side MOSFETs during switching transitions to prevent current shoot-through.

내부 dead time은 다양한 외부 MOSFET과 애플리케이션과 함께 사용할 수 있도록 조절이 가능합니다. 이 dead time은 DTC 핀에 외부 저항과 함께 조절됩니다. DTC 핀을 GND로 단락시키는 것은 최소 dead time(50 ns)을 갖습니다. 전류 shoot through를 방지하기 위해서 스위칭 천이 시간 동안에 high side와 low side MOSFET 사이에 내부적인 hand shake가 있습니다.

The three-phase gate driver can provide up to 30 mA of average gate driver current. This can support switching frequencies up to 200 kHz when the MOSFET Qg = 25 nC. The high side gate drive will survive negative output from the half-bridge up to –10 V for 10 ns. During EN_GATE low and fault conditions the gate driver keeps the external MOSFETs in high impedance mode. Each MOSFET gate driver has a VDS sensing circuit for overcurrent protection. The sense circuit measures the voltage from the drain to the source of the external MOSFETs while the MOSFET is enabled. This voltage is compared against the programmed trip point to determine if an overcurrent event has occurred. The trip voltage is set through the OC_ADJ pin with a voltage usually set with a resistor divider. The high-side sense is between the PVDD1 and SH_X pins. The low-side sense is between the SH_X and SL_X pins. Ensuring a differential, low impedance connection to the external MOSFETs for these lines helps provide accurate VDS sensing. The DRV8302 provides both cycle-by-cycle current limiting and latch overcurrent shutdown of the external MOSFET through the M_OC pin.

이 3상 게이트 드라이버는 30mA까지 평균적인 게이트 구동 전류를 공급할 수 있습니다. 이것은 MOSFET Qg = 25nC일 때 스위칭 주파수를 200kHz까지 지원할 수 있습니다. High side 게이트 구동은 10ns 동안 -10V까지 half-bridge로부터 음의 출력을 유지할 수 있습니다. EN_GATE가 low이고 결함 조건인 동안 게이트 드라이버는 외장 MOSFET을 높은 임피던스로 유지합니다. 각 MOSFET 게이트 드라이버는 과전류 보호(overcurrent protection)를 위한 VDS 센싱 회로를 갖습니다. 이 센스 회로는 외장 MOSFET이 가능한 동안 드레인으로부터 소스로의 전압을 측정합니다. 과전류 이벤트가 발생했다면, 이 전압은 과전류가 발생했는지 아닌지 결정하기 위해 프로그램된 트립 포인트(trip point)와 비교합니다. 이 트립 전압은 보통 저항 분배기로 설정된 전압으로 OC_ADJ를 통해서 설정됩니다. High side 센스는 PVDD1 그리고 SH_X 핀이고 low side 센스는 SH_X 그리고 SL_X 핀 사이입니다. 이들 라인들에 대해서 외장 MOSFET으로 differential, low impedance 배선을 확실하게 하는 것은 정확한 VDS 센싱이 가능하게 합니다. DRV8302는 cycle-by-cycle current limiting과 M_OC 핀을 통하여 외장 MOSFET의 latch overcurrent shutdown을 제공합니다.

The DRV8302 allows for both 6-PWM and 3-PWM control through the M_PWM pin.

DRV8302는 M_PWM 핀을 통하여 6-PWM과 3-PWM 제어를 허용합니다.

표 1. 6-PWM mode

표 2. 3-PWM mode

표 3. Gate Driver External Components 

Buck Converter

The DRV8302 uses an integrated TPS54160 1.5-A, 60-V, step-down DC-DC converter. Although integrated in the same device, the buck converter is designed completely independent of the rest of the gate driver circuitry. Because the buck converter can support external MCU or other external power need, the independency of buck operation is crucial for a reliable system; this gives the buck converter minimum impact from gate driver operations. Some examples are: when gate driver shuts down due to any failure, the buck still operates unless the fault is coming from the buck itself. The buck keeps operating at much lower PVDD of 3.5 V, assuring the system has a smooth power-up and power-down sequence when gate driver is not able to operate due to a low PVDD.

DRV8302는 집적화된 TPS54160 1.5A, 60V, step-down DC-DC 컨버터를 사용합니다. 비록 동일한 디바이스에 집적하였을지라도 buck 컨버터는 게이트 드라이버 회로의 나머지에 완전하게 독립적으로 설계되었습니다. buck 컨버터는 외장 MCU 혹은 다른 외장 전원 요구를 지원할 수 있습니다. buck 동작의 독립성은 신뢰성 있는 시스템을 위해서 결정적입니다: 이것은 게이트 구동 동작으로부터 buck 컨버터에 최소 충격을 줍니다. 일부 예제는 다음과 같습니다: 게이트 드라이버는 어떤 실수로 셧다운 되었을 때 buck는 만약 그 결함이 buck 자체로부터 오지 않는 한 여저히 동작할 것입니다. buck는 훨씬 낮은 3.5V PVDD에서도 동작을 유지합니다. 이는 게이트 드라이버가 낮은 PVDD로 인해 동작이 불가능할 때 시스템이 부드러운 power-up 그리고 power-down 시퀀스를 보장합니다.

For proper selection of the buck converter external components, see the data sheet, TPS54160 1.5-A, 60-V, Step-Down DC/DC Converter With Eco-mode™, SLVSB56. 

Buck 컨버터의 외장 부품의 적당한 선택을 위해서 데이터시트를 참조하세요. TPS54160 1.5-A, 60-V, Step-Down DC/DC Converter With Eco-mode™, SLVSB56.

The buck has an integrated high-side N-channel MOSFET. To improve performance during line and load transients the device implements a constant frequency, current mode control which reduces output capacitance and simplifies external frequency compensation design.

Buck는 집적화된 high-side N채널 MOSFET을 갖습니다. 라인 그리고 부하 과도 응답 동안에 성능을 개선하기 위해서 디바이스는 일정한 주파수, 출력 커패시턴스를 감소시키고 외부 주파수 보상 설계를 간단화하는 current mode 제어를 구현합니다.

The wide switching frequency of 300 kHz to 2200 kHz allows for efficiency and size optimization when selecting the output filter components. The switching frequency is adjusted using a resistor to ground on the RT_CLK pin.

300 - 2200kHz의 넓은 스위칭 주파수는 출력 필터 부품들을 선택할 때 효율과 사이즈 최적화를 허용합니다. 스위칭 주파수는 RT_CLK 핀에 GND로 저항을 사용하여 조정될 수 있습니다.

The device has an internal phase lock loop (PLL) on the RT_CLK pin that is used to synchronize the power switch turn on to a falling edge of an external system clock. 

이 디바이스는 RT_CLK 상에 내부적인 phase lock loop(PLL)을 가지며 이 핀은 외부 시스템 클럭의 falling edge에 전력 스위치가 켜지도록 동기화하기 위해서 사용됩니다.

The buck converter has a default start-up voltage of approximately 2.5 V. The EN_BUCK pin has an internal pullup current source that can be used to adjust the input voltage undervoltage lockout (UVLO) threshold with two external resistors. In addition, the pullup current provides a default condition. When the EN_BUCK pin is floating the device will operate. The operating current is 116 µA when not switching and under no load. When the device is disabled, the supply current is 1.3 µA.

Buck 컨버터는 약 2.5V의 디폴트 start-up 전압을 갖습니다. EN_BUCK 핀은 내부의 pullup 전류원을 가지며 이는 2개의 외장 저항으로 input voltage undervoltage lockout(UVLO) threshold를 조정하기 위해서 사용될 수 있습니다. 추가로, pullup 전류는 디폴트 조건을 제공합니다. EN_BUCK 핀이 플로팅(floating)일 때 디바이스는 동작할 것입니다. 동작 전류는 스위칭 하지 않고 부하 없는 조건에서 116 µA입니다. 디바이스가 disable 될 때 supply current는 1.3 µA입니다.

The integrated 200-mΩ high-side MOSFET allows for high-efficiency power supply designs capable of delivering 1.5 A of continuous current to a load. The bias voltage for the integrated high side MOSFET is supplied by a capacitor on the BOOT to PH pin. The boot capacitor voltage is monitored by an UVLO circuit that turns the high side MOSFET off when the boot voltage falls below a preset threshold. The buck can operate at high duty cycles because of the boot UVLO. The output voltage can be stepped down to as low as the 0.8-V reference.

집적화된 200mΩ high-side MOSFET은 부하에 연속적인 1.5A 전류를 공급하는 고효율 전원 설계가 가능하도록 합니다. 집적화된 high side MOSFET을 위한 바이어스 전압은 BOOT에서 PH 핀으로 커패시터에 의해서 공급됩니다. 부트 커패시터 전압은 UVLO 회로에 의해서 모니터되고 이 UVLO 회로는 부트 전압이 미리 설정한 threshold 아래로 떨어질 때 high side MOSFET을 off 합니다. Buck는 boot UVLO로 인하여 높은 듀티 싸이클에서 동작할 수 있습니다. 출력 전압은 0.8V reference 만큼 낮게 떨어집니다.

The BUCK has a power good comparator (PWRGD) which asserts when the regulated output voltage is less than 92% or greater than 109% of the nominal output voltage. The PWRGD pin is an open-drain output that deasserts when the VSENSE pin voltage is between 94% and 107% of the nominal output voltage, allowing the pin to transition high when a pullup resistor is used.

Buck는 우수한 비교기(PWRGD)를 가지며, 이는 안정화된 출력 전압이 정상적인 출력 전압보다 92% 작거나 혹은 109% 이상일 때 활성화됩니다. PWRGD 핀은 오픈 드레인 출력으로 VSENSE 핀 전압이 정상적인 출력 전압의 94%와 107% 사이일 때 비활성화됩니다. 즉, pullup 저항이 사용될 때 핀이 high로 가는 것을 허용합니다.

The BUCK minimizes excessive output overvoltage (OV) transients by taking advantage of the OV power good comparator. When the OV comparator is activated, the high-side MOSFET is turned off and masked from turning on until the output voltage is lower than 107%.

Buck은 overvoltage(OV) power good 비교기의 사용으로 과잉 출력 overvoltage 과도 응답을 최소화합니다. OV 비교기가 활성화되었을때 high-side MOSFET은 꺼지고 출력 전압이 107%보다 낮아질 때까지 켜지는 것으로부터 마스크됩니다.

The SS_TR (slow start/tracking) pin is used to minimize inrush currents or provide power supply sequencing during power-up. A small value capacitor should be coupled to the pin to adjust the slow start time. A resistor divider can be coupled to the pin for critical power supply sequencing requirements. The SS_TR pin is discharged before the output powers up. This discharging ensures a repeatable restart after an overtemperature fault,

SS_TR(slow start/tracking) 핀은 inrush current를 최소화하고 혹은 power-up 동안에 power supply sequencing을 제공하기 위해서 사용됩니다. 작은 값을 갖는 커패시터는 slow start time을 맞추기 위해서 그 핀으로 연결되어야 합니다. 저항 분배기는 중대한 power supply sequencing 요구조건을 위해서 그 핀에 연결될 수 있습니다. SS_TR 핀은 출력이 power-up 전에 방전됩니다. 이 방전은 overtemperature 문제 후에 반복적인 재시작을 확실하게 합니다.

The BUCK, also, discharges the slow-start capacitor during overload conditions with an overload recovery circuit. The overload recovery circuit slow-starts the output from the fault voltage to the nominal regulation voltage once a fault condition is removed. A frequency foldback circuit reduces the switching frequency during start-up and overcurrent fault conditions to help control the inductor current.

Buck은 또한 overload recovery circuit의 사용으로 과부하 조건 동안에 slow-start 커패시터를 방전합니다. Overload recovery circuit는 결함 조건이 일단 제거된 후에는 결함있는 전압을 정상적인 안정된 전압으로 출력을 천천히 시작합니다. Frequency foldback circuit은 start-up 그리고 인덕터 전류를 제어하는데 돕는 과전류 결함 조건 동안 스위칭 주파수를 감소시킵니다.

표 4. Buck Regulator External Components

Protection Features

The DRV8302 provides a broad range of protection features and fault condition reporting. The DRV8302 has undervoltage and overtemperature protection for the IC. It also has overcurrent and undervoltage protection for the MOSFET power stage. In fault shut down conditions all gate driver outputs is held low to ensure the external MOSFETs are in a high impedance state.

DRV8302는 광대한 범위의 보호 특성과 결함 조건 리포팅을 제공합니다. DRV8302는 IC에 대해서 undervoltage와 overtemperature protection을 갖습니다. 이것은 또한 MOSFET 파워 스테이지를 위해서 overcurrent와 undervoltage protection을 갖습니다. 결함으로 인한 셧다운 조건에서 모든 게이트 드라이버 출력은 외부 MOSFET이 높은 임피던스 상태에 있기를 확실히 하기 위해 'low'를 유지합니다.

1. Overcurrent Protection (OCP) and Reporting

To protect the power stage from damage due to excessive currents, VDS sensing circuitry is implemented in the DRV8302. Based on the RDS(on) of the external MOSFETs and the maximum allowed IDS, a voltage threshold can be determined to trigger the overcurrent protection features when exceeded. The voltage threshold is programmed through the OC_ADJ pin by applying an external reference voltage with a DAC or resistor divider from DVDD. Overcurrent protection should be used as a protection scheme only; it is not intended as a precise current regulation scheme. There can be up to a 20% tolerance across channels for the VDS trip point.

과잉 전류로 인한 손상으로부터 파워 스테이지를 보호하기 위해서, VDS 센싱 회로가 DRV8302에 구현되었습니다. 외장 MOSFET의 RDS(on)과 최대 허용된 IDS에 근거하여, 전압 한계(voltage threshold)는 과잉되었을 때 overcurrent protection 기능을 활성화하기 위해서 결정될 수 있습니다. 이 전압 한계는 OC_ADJ를 통하여 DAC 혹은 DVDD로부터 저항 분배기를 사용하여 외부 기준 전압(reference voltage)을 공급하는 것에 의해서 프로그램됩니다. Overcurrent protection은 단지 보호용으로서 사용되어야만 합니다; 이것은 정밀한 전류 안정화 회로로써 계획되지는 않았습니다. VDS 트립 포인트는 채널에 걸린 전압의 허용오차가 20%까지 될 수 있습니다.

The VDS sense circuit measures the voltage from the drain to the source of the external MOSFET while the MOSFET is enabled. The high-side sense is between the PVDD and SH_X pins. The low-side sense is between the SH_X and SL_X pins. Ensuring a differential, low impedance connection to the external MOSFETs for these lines helps provide accurate VDS sensing.

VDS 센스 회로는 외장 MOSFET이 enable 된 동안 드레인으로부터 소스로의 전압을 측정합니다. High-side 센스는 PVDD와 SH_X 핀 사이입니다. low-side 센스는 SH_X와 SL_X 핀 사이입니다. 이들 라인들에 대해서 외장 MOSFET로의 차분의, 낮은 임피던스 배선을 확실하게 하는 것이 정확한 VDS 센싱을 제공합니다.

There are two different overcurrent modes that can be set through the M_OC pin.

2개의 서로 다른 overcurrent 모드가 있으며 이는 M_OC 핀으로 설정될 수 있습니다.

1.1 Current Limit Mode (M_OC = LOW)

In current limit mode the devices uses current limiting instead of device shutdown during an overcurrent event.

전류 제한 모드(current limit mode)에서 디바이스는 overcurrent 이벤트 동안에 디바이스 셧다운 대신에 전류 제한을 사용합니다.

After the overcurrent event, the MOSFET in which the overcurrent was detected in will shut off until the next PWM cycle. The overcurrent event will be reported through the nOCTW pin. The nOCTW pin will be held low for a maximum 64 µs period (internal timer) or until the next PWM cycle. If another overcurrent event is triggered from another MOSFET, during a previous overcurrent event, the reporting will continue for another 64 µs period (internal timer will restart) or until both PWM signals cycle.

Overcurrent 이벤트 후에 과전류가 감지된 MOSFET은 다음 PWM 싸이클까지 커질 것입니다. Overcurrent 이벤트는 nOCTW 핀으로 보고될 것입니다. nOCTW 핀은 최대 64µs 기간(내부 타이머) 동안 혹은 다음 PWM 싸이클까지 'low'로 유지될 것입니다. 만일 또 다른 overcurrent 이벤트가 이전 overcurrent 이벤트 동안에 다른 MOSFET에서 발생하면, 리포팅은 또 다른 64 µs기간(내부 타이머는 다시 시작할 것입니다) 혹은 두 PWM 신호 싸이클까지 계속될 것입니다.

1.2 OC Latch Shutdown Mode

When an overcurrent event occurs, both the high-side and low-side MOSFETs will be disabled in the corresponding half-bridge. The nFAULT pin will latch until the fault is reset through a quick EN_GATE reset pulse.

Overcurrent 이벤트가 발생했을 때 high-side와 low-side MOSFET 모두 대응하는 half-bridge에서 disable 시킬 것입니다. nFAULT 핀은 빠른 EN_GATE reset 펄스로 fault가 reset 될 때까지 latch 될 것입니다.

2. OC_ADJ 

When external MOSFET is turned on, the output current flows through the on resistance, RDS(on) of the MOSFET, which creates a voltage drop VDS. The over current protection event will be enabled when the VDS exceeds a preset value. The voltage on OC_ADJ pin will be used to pre-set the OC tripped value. The OC tripped value IOC has to meet following equations:

외장 MOSFET이 켜졌을 때, 출력 전류는 MOSFET의 저항, RDS(on)을 통하여 흐릅니다. 이것은 VDS의 전압 강하를 만듭니다. Over current protection 이벤트는 VDS가 미리 설정된 값을 초과할 때 enable 될 것입니다. OC_ADJ 핀의 전압은 OC tripped 값을 미리 설정하기 위해서 사용될 것입니다. OC tripped 값 IOC는 다음의 방정식을 만족해야 합니다.

where 

• R1 + R2 ≥ 1 KΩ 

• DVDD = 3.3 V

Connect OC_ADJ pin to DVDD to disable the over-current protection feature.

Over-current protection 기능을 disable 하기 위해서 OC_ADJ 핀을 DVDD에 연결하세요.