[MCU] 【年终回炉-极海APM32M3514】内置驱动测试

仰天长笑2333   2026-3-8 22:54 楼主

极海 APM32M3514 这款微控制器的一大显著优势,在于其内部集成了高性能的三相栅极驱动器,无需额外外接驱动芯片即可直接驱动功率开关器件,大幅简化了硬件电路的设计流程与空间占用。鉴于笔者此前并未接触过这类栅极驱动与主控芯片合封一体的 MCU 产品,对其集成驱动器的实际带载能力、开关速度以及功耗等关键性能缺乏直观认知,为了规避后续电机控制相关项目开发中可能出现的驱动不足的问题,决定优先对该内置三相栅极驱动器的驱动能力展开针对性的测试验证工作。

查阅芯片手册可知,这款内置三相驱动器的功能特性与 FD6288、DRV8300 等专用栅极驱动芯片相近,集成了基础的功率器件驱动逻辑与硬件死区生成模块,并未搭载故障告警、外设使能等拓展功能。这种极简集成的设计方案,能够有效压缩硬件 BOM 成本,同时减少外围电路的布线空间与设计复杂度,在对功能需求相对基础的场景中具备显著优势。但当驱动器出现异常工况时,例如自举电路电压欠压这类常见故障,它无法像 DRV8323 这类功能完备的驱动芯片那样,通过寄存器直接读取故障类型并触发 Fault 引脚主动告警,只能依靠外置 ADC 采样相关电压信号,再通过软件逻辑进行故障判断与处理,整体操作流程相对繁琐。

此外需要注意的是,该内置驱动器的硬件死区时间固定为 500ns,这一参数相较于常规 MOSFET 仅需 100ns 以内即可完成导通 / 关断的响应速度明显偏长。过长的死区时间会导致功率开关管切换过程中,电流被迫通过 MOSFET 的体二极管进行续流,进而产生额外的导通损耗,对系统整体的能效表现造成负面影响。

image.png

通过对芯片系统框图的分析不难发现,这款 MCU 内置的三相驱动器,其控制信号接口直接与片内高级定时器 TIM1 相连接。

 

image.png   

轻松设置20KHz的开关频率, 死区时间为1us, 需要注意不要忘记打开定时器和GPIO与APB, AHB2总线的连接。

  image.png

测得的驱动波形如下所示,其中黄色波形对应上桥臂功率管的驱动信号,蓝色波形则为下桥臂功率管的驱动信号。需要说明的是,受示波器探头损坏的影响,蓝色波形的显示精度略有偏差QAQ,仅供参考。从实测波形中可基本判断,驱动信号无明显过冲现象,且占空比稳定在 50%,与预设参数完全吻合。 8718c75629c1d07c9813ebb830a28634.jpg

死区时间设置也基本符合, 但是在放大的信号中可以看到米勒平台处有剧烈的抖动, 不够平滑。

4f1f66c4a96c9c81a9f74bb40d61f926.jpg

进一步观察上桥臂驱动信号的波形细节可以发现,其上升时间实测值约为 230 ns,与芯片手册中标称的 90 ns 典型值存在明显偏差。经分析,造成这一偏差的原因主要有两方面:一是本次测试选用的 MOS 管型号为 NCEP0178AK,其输入电容(CISS​)高达 4.2 nF,较大的容性负载会延缓驱动信号的电平切换速度;二是驱动回路中采用了 22 Ω 的驱动电阻,再加上板级驱动走线偏长引入的额外阻抗,进一步增加了信号上升沿的建立时间。

6c645f2ae3c5934ad8384d2df9329b52.jpg   下管波形

8dc396197912433d393197a15001054d.jpg   在20KHz开关频率下功耗仅仅0.4W, 相当不错的表现了。

34adb56e341cb312c4eface46ea4b2dc.jpg

综合上述测试与分析不难得出,极海 APM32M3514 内置的三相驱动器具备不俗的驱动性能,不仅功耗表现较为出色,还能有效简化三相功率拓扑的硬件设计,降低开发门槛,整体易用性较高。美中不足的是,该驱动器未配备与片内定时器 TIM1 联动的集成式 Fault 保护功能,面对驱动异常工况时需依赖软件采样判断,灵活性与可靠性稍打折扣。此外,若其片内 TIM1 定时器能够搭载类似 STM32G0 系列的时钟倍频功能,将进一步提升实用价值 —— 在 20 kHz 开关频率的应用场景下,现有定时器的计数分辨率略显不足,一定程度上限制了驱动信号的精准调控。

回复评论 (1)

简化三相功率拓扑的硬件设计,降低开发门槛,是很大的特色了

点赞  2026-3-15 11:22
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 京公网安备 11010802033920号
    写回复