工作需要使用DRV8301，然TI芯片手册只有英文的，因觉得中文看得比较舒服，故随便译了一下，有译错的，我看得懂就行了 >_<

一、特征

1. 支持6-60V的电压输入
2. 电压6V到60V
3. 1.7A栅极驱动电流，2.3A吸收电流
4. 支持3.3V和5V接口
5. 集成一个buck电源，可调节输出电压和开关频率，可对外提供1.5A电流
6. 死区时间可调整、过流保护可调整、PVDD 和GVDD欠压锁定、GVDD过压锁定、过温提示/关机
7. 可使用3或6个PWM输入控制
8. SPI通信

二、Description

DRV8301 是一款用于三相电机驱动应用的栅极驱动器 IC。该器件提供三个半桥驱动器，每个驱动器可驱动两个 N 沟道 MOSFET。DRV8301 支持高达 1.7 A 的源电流和 2.3 A 的峰值电流。DRV8301 可在 6 V 至 60 V 的宽范围内使用单电源工作。该器件采用带涓流充电电路的自举栅极驱动器架构，支持 100% 占空比。DRV8301 在高压侧或低压侧 MOSFET 开关时使用自动握手功能，以防止电流流入。高压侧和低压侧 MOSFET 的集成 VDS 检测用于保护外部功率级免受过流条件的影响。 DRV8301 包括两个电流分流放大器，用于精确测量电流。DRV8301 还包括一个集成开关模式降压转换器，其输出和开关频率可调。SPI 提供详细的故障报告和灵活的参数设置，例如电流并联放大器的增益选项和栅极驱动器的压摆率控制。

三、 Pin Configuration and Functions

1.Pin Configuration

2.Function

Pin1:RT_CLK,input，降压稳定器的Resistor timing(定时电阻、振荡电阻)和外部时钟，为了消除噪声可能造成的潜在时钟抖动电阻应该经很短的轨迹接地

Pin2:COMP, output，降压误差放大器的输出和输出开关电流比较器的输入

Pin3:VSENSE,input，降压输出电压的反馈检测引脚

Pin4:PWRGD,output，开漏输出，需要外部上拉电阻，如果降压输出电压因过热关断、掉电、过压或 EN_BUCK 关断而变低，则赋值为低电平

Pin5:nOCTW,output，过流、过温报警指示。开漏输出，需要外部上拉电阻。可通过SPI修改寄存器来配置输出模式

Pin6:nFAULT,output，故障指示。开漏输出，需要外部上拉电阻

Pin7:DTC,input，外接一个接地的电阻来调整死区时间

Pin8:nSCS,input，SPI芯片选择

Pin9:SDI,input，SPI的输入

Pin10:SDO,output，SPI输出

Pin11:SCLK,input，SPI CLK信号输入

Pin12:DC_CAL,input，当DC_CAL拉高时，器件短路采样电流放大器的输入并断开负载。直流偏置校正可通过外部单片机实现

Pin13:GVDD,power，内部栅极驱动器电压调节器，连接电容接地

Pin14:CP1,power，充电泵的引脚1，与引脚2之间连接陶瓷电容

Pin15:CP2,power，充电泵的引脚1，与引脚1之间连接陶瓷电容

Pin16:EN_GATE,input，使能栅极驱动和采样电流放大器，控制buck通过EN_BUCK端口

Pin17:INH_A,input，半桥A的高侧PWM输入

Pin18:INL_A,input，半桥A的低侧PWM输入

Pin19:INH_B,input，半桥B的高侧PWM输入

Pin20:INL_B,input，半桥B的低侧PWM输入

Pin21:INH_C,input，半桥C的高侧PWM输入

Pin22:INL_C,input，半桥C的低侧PWM输入

Pin23:DVDD,power，内部3.3V供电。DVDD 电容应连接至 AGND，此时是一个输出端，但不用于驱动外部电路

Pin24:REF,input，设置采样电流放大器的偏置电压，该偏置电压值等于本引脚上电压的一半。连接到MCU的ADC参考电压上

Pin25:SO1,output，电流放大器1的输出

Pin26:SO2,output，电流放大器2的输出

Pin27:AVDD,power，内部6V的供电电压，AVDD 电容应连接至 AGND，此时是一个输出端，但不用于驱动外部电路

Pin28:AGND,power，模拟地，连接到地

Pin29:PVDD1,power，为栅极驱动、采样电流放大器和SPI通信提供能量。PVDD1与PVDD2相独立。PVDD1通过电容接地

Pin30:SP2,input：电流放大器 2 的输入端（连接至放大器的正输入端）。建议连接至感应电阻器的接地端，以获得最佳的共模抑制效果

Pin31:SN2,input，电流放大器 2 的输入端（连接至放大器的负输入端）

Pin32:SP1,input，电流放大器 1 的输入端（连接至放大器的正输入端）。建议连接至感应电阻器的接地端，以获得最佳的共模抑制效果

Pin33:SN1,input，电流放大器 1 的输入端（连接至放大器的负输入端）

Pin34:SL_C,input，半桥C低侧MOS的源极。在这个引脚和SH_C引脚可以测低侧的Vds

Pin35:GL_C,output，半桥C低侧MOS的栅极输出

Pin36:SH_C,input，半桥C高侧MOS的源极。在这个引脚和PVDD1引脚可以测高侧的Vds

Pin37:GH_C,output，半桥C高侧MOS的栅极输出

Pin38:BST_C,power，半桥C的自举电容

Pin39:SL_B,input，半桥B低侧MOS的源极。在这个引脚和SH_B引脚可以测低侧的Vds

Pin40:GL_B,output，半桥B低侧MOS的栅极输出

Pin41:SH_B,input，半桥B高侧MOS的源极。在这个引脚和PVDD1引脚可以测高侧的Vds

Pin42:GH_B,output，半桥B高侧MOS的栅极输出

Pin43:BST_B,power，半桥B的自举电容

Pin44:SL_A,input，半桥A低侧MOS的源极。在这个引脚和SH_A引脚可以测低侧的Vds

Pin45:GL_A,output，半桥A低侧MOS的栅极输出

Pin46:SH_A,input，半桥A高侧MOS的源极。在这个引脚和PVDD1引脚可以测高侧的Vds

Pin47:GH_A,output，半桥A高侧MOS的栅极输出

Pin48:BST_A,power，半桥A的自举电容

Pin49:VDD_SPI,input，SPI供电，可提供3.3V或5V。与MCU用于SPI的电源相连接

Pin50.51:PH,output，接到buck转换器内部的高侧MOSFET上，外面需要电感、二极管电路来构成完整的buck电路

Pin52:BST_BK,power，buck转换器的自举电容

Pin53.54:PVDD2,power，为buck转换器提供能量，PVDD2电容应该接地

Pin55:EN_BUCK,input，使能buck转换器。内部上拉电流源，拉至 1.2 V 以下禁用。通过两个电阻调整输入欠压锁定

Pin56:SS_TR,input，Buck软启动和跟踪。连接到此引脚的外部电容设置输出上升时间。因为这个引脚上的电压覆盖内部参考，它可以用于跟踪和排序。通过电容接地

Pin57:GND

六、 Specifications

1. 绝对最大额定值

超过绝对最大额定值下所列的应力可能会对设备造成永久性损坏。这些仅为理论上的额定值，并不意味着器件在这些条件下或超出 "建议工作条件 "下所示条件的任何其他条件下都能正常工作，长期暴露在此条件下可能会影响器件的可靠性。

2. ESD 额定值

3. 建议的运行条件

4. 热学参数

5. 电气特性

6. 采样电流放大器特性

7. buck特性

8. SPI定时器特性（仅限从模式下）

9. 栅极时间和保护开关特性

死区时间编程定义：从 GH_X 下降沿到 GL_X 上升沿以及从 GL_X 下降沿到 GH_X 上升沿的可调延迟。在 6-PWM 输入模式下，该可调值是微控制器从外部设置的输入之间的时序延迟相加。

10. 典型特征

七、 Detailed Description

1. Overview

DRV8301 是一款 6 V 至 60 V 栅极驱动器 IC，适用于三相电机驱动应用。该器件集成了三个半桥驱动器、两个电流分流放大器和一个开关降压转换器，从而减少了外部元件数量。DRV8301 提供过流、过热和欠压保护。除 SPI 寄存器外，还可通过 nFAULT 和 nOCTW 引脚显示故障情况。 可通过对外部 MOSFET 的开关进行微调来调节死区时间和峰值栅极驱动电流。DRV8301通过外部 MOSFET 的 VDS 检测过流情况并做出适当响应。单个 MOSFET 过流情况通过 SPI 状态寄存器进行报告。 高度可配置的buck可支持多种输出选项，这使得 DRV8301 能够为控制器和低电压元件提供电压。

2. FunctionalBlockDiagram

3. 功能描述

3.1. Three-PhaseGateDriver

每个半桥配置为驱动两个 NMOS，一个用于高压侧，一个用于低压侧。每个半桥可配置为驱动两个 NMOS，一个用于高电平侧，一个用于低电平侧。峰值门控驱动电流通过寄存器设置来设定，而死区时间则通过 DTC 引脚上的外部电阻来调整。
当 MOSQg=25nC 时，可支持高达 200kHz 的开关频率。每个 MOS逻辑驱动器都具有用于过流保护的VDS 检测电路。该检测电路测量在启用 MOS时从漏极到外部 MOS源极的电压，并将该电压与编程基准点进行比较，以确定是否发生过流。高电平侧检测位于 PVDD1 和 SSH_X 引脚之间，低电平侧检测位于 SSH_X 和 SSL_X 引脚之间。 确保这些线路与外部 MOS的差分、低阻抗连接将有助于提供准确的VDS 检测。DRV8301 允许通过寄存器设置 6-PWM 和 3-PWM 控制。


Vcc为MCU供电。

3.2. 采样电流放大器

DRV8301包括两个高性能的电流放大器，用于精确的电流测量。
电流放大器通过SPI寄存器有四个可编程增益设置，分别是10、20、40和80 V/V。
电流放大器提供高达3V的输出偏置，以支持双向电流检测。偏移量被设置为参考引脚(REF)上电压的一半。
为了减小直流偏置和漂移超温，提供了一种通过DC_CAL引脚或SPI寄存器进行校准的方法。当直流校准启用时，设备将短路电流放大器的输入并断开负载。直流校准可以在任何时候完成，甚至在MOSFET开关期间，因为负载是断开的。为了获得最好的结果，在无负载时，在开关OFF期间进行直流校准，以减少潜在的噪声对放大器的影响。
采样电流放大器的输出可计算为：

其中，Vref是REF引脚的参考电压；G是放大器的增益（10, 20, 40, or 80 V/V）；SNx 和 SPXx是通道 x 的输入端。SPx 应连接到检测电阻器的接地端，以获得最佳的共模抑制效果。

3.3. buck

3.4. Protection Features

3.4.1. OCP

为了保护功率级免受过大电流的损坏，DRV8301 中采用了 Vds检测电路。根据外部 MOS的 Rds(on)和允许的最大 Ids，可以确定一个电压阈值，以在超过该阈值时触发过流保护功能。电压阈值通过 SPI 寄存器进行编程。过流保护只能作为一种保护方案，而不能作为一种精确的电流调节方案。Vds 跳闸点的跨通道容差可达 20%。
Vds = Ids× Rds(on)
VDS 检测电路测量 MOSFET 启用时从漏极到外部 MOSFET 源极的电压。高压侧检测位于 PVDD1 和 SH_X 引脚之间。低压侧检测介于 SH_X 和 SL_X 引脚之间。确保这些线路与外部 MOSFET 的差分、低阻抗连接有助于提供精确的 VDS 检测。 可通过 SPI 寄存器设置四种不同的过流模式 (OC_MODE)。OC 状态位以锁存模式工作。当发生过流情况时，相应的 OC 状态位将锁存在 DRV8301 寄存器中，直到下一条 SPI 读取命令。读取命令发出后，OC 状态位将从寄存器中清除，直到再次发生过流情况。

1. 限流模式
   在限流模式下，器件在发生过流事件时使用电流限制而不是器件关断。 在该模式下，器件通过 nOCTW 引脚报告过流事件。nOCTW 引脚将在最长 64µs 的时间内（内部定时器）保持低电平，或直到下一个 PWM 周期。如果在前一个过流事件期间，另一个 MOSFET 触发了另一个过流事件，则报告将持续另一个 64µs 周期（内部定时器将重新启动）或直到两个 PWM 信号循环。检测到过流的 MOSFET 将断言相关状态位。 限流模式下有两种电流控制设置。它们由 SPI 寄存器中的一个位设置。默认模式是逐周期模式（CBC）：在 CBC 模式下，检测到过流的 MOSFET 将关闭，直到下一个 PWM 周期：关断时间控制模式：在关断时间模式下，检测到过流的 MOSFET 将在 64 微秒的时间内被关断（由内部定时器设定）。如果在另一个 MOSFET 中检测到过流，定时器将在另一个 64µs 时间段内重置，两个 MOSFET 都将在这段时间内禁用。在此期间，可通过相应的 PWM 周期恢复特定 MOSFET 的正常运行。
2. 过流锁定关闭模式
   发生过流事件时，相应半桥中的高压侧和低压侧 MOSFET 都将被禁用。nFAULT 引脚和 nFAULT 状态位将与检测到过流的 MOSFET 的相关状态位一起断言。OC 状态位将锁存，直至下一条 SPI 读取命令。nFAULT 引脚和 nFAULT 状态位将被锁存，直到通过 GATE_RESET 位或快速 EN_GATE 复位脉冲接收到复位信号为止。
3. 仅报告模式
   在此模式下，发生过流事件时不会采取任何保护措施。过流事件将通过 nOCTW 引脚（64µs 脉冲）和 SPI 状态寄存器报告。外部 MCU 应根据自己的控制算法采取行动。
4. OC禁用模式
   设备将忽略并不报告所有过流检测结果。

3.4.2. 欠压保护（PVDD_UV and GVDD_UV）

为了在启动、关机和其他可能的欠压条件下保护功率输出级，DRV8301 在 PVDD 或 GVDD 低于其欠压阈值 (PVDD_UV/GVDD_UV) 时将栅极驱动输出 (GH_X, GL_X) 驱动为低电平，从而提供欠压保护。这将使外部 MOSFET 处于高阻抗状态。当器件处于 PVDD_UV 状态时，它将不响应 SPI 命令，SPI 寄存器将恢复为默认设置。 13 µs 至 15 µs 的特定 PVDD1 欠压瞬态掉电可导致 DRV8301 在完全通电之前对外部输入无响应。瞬态条件包括 PVDD1 大于 PVDD_UV 电平，然后 PVDD1 在 13 µs 至 15 µs 的特定时间内降至 PVDD_UV 电平以下。短于或长于 13 至 15 µs 的瞬态不会影响欠压保护的正常工作。可在 PVDD1 上添加额外的体电容，以降低欠压瞬态。

3.4.3. 过压保护（GVDD_OV)

如果 GVDD 电压超过 GVDD_OV 门限，器件将同时关闭栅极驱动器和电荷泵，以防止出现与 GVDD 引脚或电荷泵相关的潜在问题（如外部 GVDD 电容或电荷泵短路）。该故障为锁存故障，只能通过 EN_GATE 引脚上的复位转换复位。

3.4.4. 过温保护

实现了两级过温检测电路：

1. ：过温警告（OTW） 在默认设置下，OTW 通过 nOCTW 引脚报告（过流和/或过温警告）。 OCTW 引脚可通过 SPI 寄存器设置为仅报告 OTW 或 OCW。请参阅 SPI 寄存器部分。
2. ：栅极驱动器和充电泵的过温锁定关机 (OTSD_GATE) OTSD_GATE 通过 nFAULT 引脚报告。这是一种锁定关断，因此即使不再存在过温条件，栅极驱动器也不会自动恢复。当温度低于预设值 tOTSD_CLR 时，需要 EN_GATE 复位或 SPI (RESET_GATE) 才能使栅极驱动器恢复正常工作。只要 PVDD1 在定义的工作范围内，SPI 操作仍然可用，并且在 OTSD 工作期间，寄存器设置将保留在器件中。

3.4.5. 故障和保护处理

nFAULT 引脚指示何时发生关机事件。这些事件包括过流、过热、过压或欠压。请注意，nFAULT 是一个漏极开路信号。 当栅极驱动器在启动过程中准备好接受 PWM 输入时，nFAULT 将变为高电平。 nOCTW 引脚指示何时发生过流事件或过温事件。这些事件并不一定与关机有关。

3.5. 开关顺序

上电期间，所有栅极驱动输出均保持低电平。通过将 EN_GATE 从低电平状态切换到高电平状态，可以启动栅极驱动器和电流分流放大器的正常工作。如果不存在错误，DRV8301 即可接受 PWM 输入。只要 PVDD 在功能区域内，即使在栅极禁用模式下，栅极驱动器也始终可以控制功率 FET。 SDO 到 VDD_SPI 之间有一个内部二极管，因此 VDD_SPI 需要始终与其他 SPI 器件（如果有来自其他器件的 SDO 信号）的电源电平相同。在 SDO 引脚出现任何信号之前，应首先为 VDD_SPI 供电，并在 SDO 引脚完成所有通信后断电。

4. 器件功能

4.1. EN_GATE

EN_GATE 低电平用于将栅极驱动器、电荷泵、电流分流放大器和内部稳压器模块置于低功耗模式，以节省能耗。在此状态下不支持 SPI 通信，SPI 寄存器将在 EN_GATE 复位后恢复默认设置。只要 PVDD 仍然存在，器件就会将 MOSFET 输出级置于高阻抗模式。 当 EN_GATE 引脚由低电平变为高电平时，它将经历一个上电序列，启用栅极驱动器、电流放大器、充电泵、内部稳压器等，并复位所有与栅极驱动器模块相关的锁存故障。EN_GATE 还将复位 SPI 表中的状态寄存器。当 EN_GATE 从高电平变为低电平时，它将立即关闭栅极驱动器模块，这样栅极输出就可以将外部 FET 置为高阻抗模式。然后等待 10 µs 后再完全关闭其余模块。快速故障复位模式可通过在极短的时间内（小于 10 µs ）拨动 EN_GATE 引脚来实现，这将防止器件关闭其他功能块（如充电泵和内部稳压器），从而实现更快、更简单的故障恢复。在这种快速 EN_GATE 复位模式下，SPI 仍能正常工作。要执行完全复位，EN_GATE 的切换时间应超过 20 µs。EN_GATE 复位脉冲（高电平 → 低电平 → 高电平）从 10 到 20 µs 不应作用于 EN_GATE 引脚。DRV8301 从快速复位模式到完全复位模式之间有一个过渡区，该过渡区会导致器件在完全电源周期之前对外部输入无响应。如果预计 EN_GATE 引脚上会出现这个周期的复位脉冲，可在该引脚外部添加一个 RC 滤波器。 复位所有故障的另一种方法是使用 SPI 命令 (RESET_GATE)，该命令只会复位栅极驱动器块和所有 SPI 状态寄存器，而不会关闭其他功能块。 复位 GVDD_OV 故障是一个例外。快速 EN_GATE 故障复位或 SPI 命令复位对 GVDD_OV 故障不起作用。复位 GVDD_OV 故障需要完整的 EN_GATE，低电平保持时间超过 20 µs。TI 强烈建议在发生 GVDD_OV 时检查系统和电路板。

4.2. DTC

死区时间可通过 DTC 引脚进行编程。应在 DTC 与地之间连接一个电阻来控制死区时间。死区时间控制范围为 50 ns 至 500 ns。将 DTC 引脚短接至地将提供最短的死区时间（50 ns）。电阻器范围为 0 至 150 kΩ。死区时间在此电阻范围内线性设置。 器件将始终启用电流击穿保护，不受死区时间设置和输入模式设置的影响。

4.3. VDD_SPI

VDD_SPI 是为 SDO 引脚供电的电源。它必须连接到 MCU 用于 SPI 操作的相同电源（3.3 V 或 5 V）上。 在上电或断电瞬态期间，VDD_SPI 引脚短时间内可能为零电压。在此期间，系统中任何其他设备的 SDO 引脚都不应出现 SDO 信号，因为这会导致 DRV8301 中的寄生二极管从 SDO 短路到 VDD_SPI 引脚。在系统电源顺序设计中应考虑并防止出现这种情况。

5.Programming

5.1. SPI通信

5.1.1. SPI

DRV8301 SPI 作为从设备运行。SPI 输入 (SDI) 数据格式由一个 16 位字组成，包含 1 个读写位、4 个地址位和 11 个数据位。SPI 输出 (SDO) 数据格式由一个 16 位字组成，包含 1 个帧故障位、4 个地址位和 11 个数据位。当一个帧无效时，帧故障位将置 1，其余位移出为 0。
有效帧必须满足以下条件：

• 当 nSCS 为低电平时，时钟必须为低电平。
• 应该有16个完整的时钟周期
• nSCS 高电平时时钟必须为低电平

当 nSCS 为高电平时，SCLK 和 SDI 引脚上的任何信号都将被忽略，SDO 将被迫进入高阻抗状态。当 nSCS 从高电平转为低电平时，SDO 被启用，SDO 响应字根据上一个 SPI 输入字加载到移位寄存器中。 当 nSCS 转为低电平时，SCLK 引脚必须为低电平。当 nSCS 为低电平时，在时钟的每个上升沿，响应字在 SDO 引脚上串行移出，MSB 先移出。 当 SCS 为低电平时，在时钟的每个下降沿，新输入字在 SDI 引脚上采样。对 SPI 输入字进行解码，以确定寄存器地址和访问类型（读或写）。MSB 将首先移入。只要 nSCS 保持低电平有效，位与位之间可以有任何时间间隔。这样就可以使用两个 8 位字。如果发送到 SDI 的输入字小于 16 位或大于 16 位，则视为帧错误。如果是写入命令，数据将被忽略。在第 16 个时钟周期后或当 nSCS 从低电平转为高电平时，SDI 移位寄存器数据将被转入锁存器，输入字将在锁存器中被解码。
对于发送到 SDI 的 "读取 "命令（第 N 个周期），SDO 将在下一个周期响应指定地址的数据。
对于发送到 SDI 的写入命令（第 N 个周期），SDO 将在下一个周期（N+1）内响应状态寄存器 1 (0x00) 中的数据。该功能的目的是在有多个写入命令时最大限度地提高 SPI 通信效率。

5.1.2. SPI Format

SDI有16个字节：
• 1 read/write bit W [15]，0表示写，1表示读。
• 4 address bits A [14:11]
• 11 data bits D [10:0]

SDO也有16个字节：
• 1 fault frame bit F [15]
• 4 address bits A [14:11]
• 11 data bits D [10:0]

SDO 输出字（第 N 个周期）是对上一个 SDI 输入字（第 N-1 个周期）的响应。 因此，每个 SPI 查询/响应对需要两个完整的 16 位移位周期才能完成。

6. Register Maps

6.1. Read / Write Bit

SDI 输入字的 MSB 位（W0）是读/写位。当 W0 = 0 时，输入字是写命令。 当 W0 = 1 时，输入字是读命令。

6.2. Address Bits

6.3. SPI Data Bits

6.3.1. Status Registers

6.3.2. Control Registers

6.3.3. Overcurrent Adjustment

八、 TypicalApplication

TI原文

DRV8301