英飞凌ASIL-D级无刷电机驱动芯片TLE9189守护汽车安全

TLE9189功能总览

电动化和智能化是中国汽车市场呈现出竞争白热化的焦点，我们在讨论汽车用户体验的舒适性，智能化等热点话题的同时，也不容忽视汽车的安全，尤其与驾驶直接相关的电助力转向系统(EPS)和刹车系统(EMB)。

线控转向和刹车也成为行业发展的热点方向，这就更加要求系统在功能安全层面实现几乎零容错的极致可靠性。为此，英飞凌可以提供全套的解决方案，包括PMIC，AURIX™，Driver和MOSFET。其中，ASIL-D级别的三相BLDC driver作为连接MCU和MOS的关键元器件，在驱动系统故障诊断和保护方面，发挥着至关重要的作用。

在此背景下，英飞凌基于多年汽车电机驱动的经验，尤其是经典产品TLE9183，推出了全面技术升级的三相智能栅极驱动器TLE9189。如下图所示，TLE9189具备200nC驱动能力以及低边相电流的运放精确采集功能，支持4.2V至36V宽电压输入。

其自适应MOSFET控制技术，可在复杂工况下动态调节MOS开关特性，显著提升EMC性能并降低功率损耗。通过集成高精度电流检测与多层级诊断功能（覆盖芯片自身、逆变器及MCU接口），实现了从信号输入到功率输出的全链路安全监控，确保系统在单点失效时仍能维持功能完整性。

TLE9189功能安全实现方法

TLE9189为了帮助客户实现系统级的功能安全，在芯片层面做了非常多的故障诊断和保护，那么如何理解其内在理念呢？抽丝剥茧，化繁为简。首先将各种故障进行分类，如下图左侧故障类型所示，包括过温，MOS的Vds过流保护，门极状态检测等。然后对故障选择对应的反应行为，如下图中间的方框所示。最后MCU可以基于收到的故障报告，根据系统需求，控制系统进入预定义的安全状态。针对每个环节的详细介绍，请参考用户手册。

TLE9189特点及带来的系统级好处

基于英飞凌TLE9183的多年量产应用经验，英飞凌在继承上代产品的优势基础上，为用户带来了新的技术特点。除了增加如下图所示的内置相位监控功能和故障模式下的刹车功能以外，还采用了新的电流型门极驱动技术，具备active/freewheeling模式自动检测，MOS开关时间测量等新功能，帮助用户进一步优化系统性能，并且基于此，可以实现更丰富的诊断功能。

先进的自适应多段电流驱动技术

MOS的开关过程是控制Vgs的电压，达到阈值便进入开启状态，但其本质是给其寄生的电容进行充放电。如下两张图所展示的MOS开关过程，开启充电过程包括pre charge, charge, miller charge, post charge 和最后的hold阶段；关闭放电过程包括pre discharge, miller discharge, discharge和最后的hold阶段。

在继承电流驱动序列控制的技术基础上，TLE9189还增加了自适应MOSFET控制功能, 使得TLE9189能精确控制MOSFET预充和预放电流，从而进一步优化预开启和预关闭的时间。

基于上述多段电流自适应控制的灵活配置和调节，可以为用户提供以下好处。

1. 降低系统成本：通过软件修改寄存器参数，进而修正MOS开关充放电波形。这可以帮助用户减少外围器件的数量，减小PCB板面积，降低系统成本。

2. 提高系统效率：多段电流控制使客户的系统在满足EMC的情况下，开关损耗最低。

3. 优化小占空比控制：MOS开启和关闭过程的不对称性增加了小占空比控制的难度。如下图所示，通过分别设置不同的开启和关闭过程的充放电电流，使MOS真正的开关占空比更接近理论占空比。

TLE9189 多段电流电流控制实测波形

TLE9189除了可以为客户提供丰富的文档，还有评估板和对应的上位机等工具，帮助用户快速上手。下面，让我们看看在TLE9189评估板上实测的表现吧。

如下图所示，分别是MOS开启和关闭的波形，包含了SH电压，Vgs电压和序列控制模式下的多段充放电电流。从图中可以看到，我们通过调整充放电电流，可以得到非常完美的开启和关闭过程。对该产品有兴趣的朋友，欢迎大家联系我们，了解更多产品细节，也可以通过官网提交你的需求。

本文作者：Yu Haipeng, Ai Vincent