汽车级智能栅极驱动器深度解析 | 连载08：功能框图与时序分析

前言

在前五期连载中，我们从产品架构、引脚配置、规格参数、寄存器编程到应用实现，全面解析了DRV871x-Q1系列智能栅极驱动器。本期我们将深入探讨DRV871x-Q1的功能框图和时序特性，这是理解芯片内部工作机制的关键。

通过分析功能框图，我们能够清晰地了解各功能模块之间的关系和信号流向；通过时序分析，我们能够掌握芯片在不同工作状态下的动态特性。这些知识对于系统设计和故障排查都至关重要。

功能框图深度解析

整体架构

DRV871x-Q1的功能框图展示了其高度集成的系统架构：

从功能框图中，我们可以清晰地看到DRV871x-Q1的主要功能模块：

1. 输入接口：PWM输入和SPI接口

2. 控制逻辑：模式选择和输出映射

3. 栅极驱动器：多个半桥驱动通道

4. 电荷泵系统：提供栅极驱动电压

5. 保护电路：多种故障监测和保护功能

6. 电流检测放大器：宽共模电流检测

关键功能模块详解

1. 输入接口与控制逻辑

输入接口部分包括：

• PWM输入引脚：IN1/EN1, IN2/PH1, IN3/EN2, IN4/PH2

• SPI接口：SCLK, SDI, SDO, nSCS (S型号)

• 模拟配置引脚：DRVIVE, MODE, GAIN, VDS (H型号)

控制逻辑根据PWM_MODE设置，将输入信号映射到相应的半桥驱动器：

PWM模式	描述	输入映射
模式0	独立半桥	每个输入控制一个半桥
模式1	锁相半桥	输入成对控制半桥
模式2	H桥模式1	IN1/IN2控制H桥1，IN3/IN4控制H桥2
模式3	H桥模式2	带死区时间的H桥控制

信号流分析：

PWM输入 → 输入滤波 → 模式解码 → 死区时间生成 → 驱动器控制

2. 电荷泵系统

电荷泵系统是DRV871x-Q1的核心技术之一，它通过三级电荷泵实现高效的电压提升：

电荷泵工作原理：

第一级：PVDD → CP1H/CP1L → 2×PVDD
第二级：2×PVDD → CP2H/CP2L → 3×PVDD
第三级：内部优化 → VCP输出

电荷泵控制逻辑：

• 开关频率：500kHz (典型值)

• 反馈控制：根据负载自动调整

• 保护机制：欠压监测和过载保护

3. 栅极驱动器架构

每个半桥驱动器包含：

• 高侧驱动器：连接到GHx引脚

• 低侧驱动器：连接到GLx引脚

• 源极检测：连接到SHx引脚

• 智能控制逻辑：死区时间管理和保护

智能驱动特性：

• 可调压摆率控制

• 自适应传播延迟

• 死区时间握手机制

• 过流和栅极故障保护

4. 保