BLDC驱动必修课：为何现代MOSFET驱动IC偏爱“上高下高”逻辑？

在无刷直流（BLDC）电机的控制系统中，6路PWM信号精准控制上下桥MOSFET的开关是核心。你是否注意到，驱动IC对PWM高低电平有效性的配置，经历了从“上高下低”到“上高下高”的显著转变？这背后不仅仅是逻辑定义的不同，更是技术与可靠性的进化。今天，我们就来揭秘这两种PWM配置逻辑的本质与选择依据。

图：三相BLDC换相电路示意

一、PWM控制基础：理解“有效电平”

驱动IC的核心任务之一，是将来自MCU的低功率PWM信号“翻译”成足以驱动MOSFET栅极的强信号。关键点在于，它需要明确定义PWM信号何种电平代表开启对应的MOSFET。

1.“上高下高” (Active High for Both)：

定义： 无论是上桥臂还是下桥臂MOSFET，其对应的PWM输入高电平代表开启指令；低电平代表关闭指令。

示意： 上桥PWM: 高电平 -> 上MOS管ON 下桥PWM: 高电平 -> 下MOS管ON 两者低电平 -> 对应MOS管OFF

核心要求： 绝不允许 同一相的上下桥PWM 同时为高电平，否则会造成可怕的直通短路（Shoot-Through），瞬间烧毁MOSFET！

图：以屹晶微的EG2132为例，是典型的上高下高控制

2.“上高下低” (Active High for Top, Active Low for Bottom)：

定义： 上桥臂MOSFET对应的PWM输入，高电平代表开启；下桥臂MOSFET对应的PWM输入，低电平代表开启（相当于“有效低”）。

示意： 上桥PWM: 高电平 -> 上MOS管ON 下桥PWM:低电平-> 下MOS管ON (注意这里是低电平有效！) 上桥低电平且下桥高电平 -> 对应MOS管OFF

核心要求： 绝不允许 同一相的PWM出现 上桥为高、下桥为低 的组合，这也是导致直通短路的致命组合！

图：以屹晶微的EG2103为例，是典型的上高下低控制

二、永恒不变的铁律：严防死守“直通”

无论采用哪种逻辑配置，防止同一相的上下桥MOSFET同时导通是设计驱动的核心死命令。这是所有驱动IC设计中优先级最高的任务。现代驱动IC通常具备以下关键保护机制：

集成死区时间控制 (Integrated Dead Time)： 确保在上下桥切换的瞬间，预留一段两者都关闭的安全时间，彻底杜绝因开关延迟导致的瞬态直通。

高级防护电路： 针对可能引起意外导通的现象（如MOSFET关断时栅极的电压振铃Ring、栅极承受过大的负压dv/dt等），内置防护电路，大幅提升系统鲁棒性。

图：以屹晶微的EG2132的真值表为例

三、历史的烙印：为何曾是“上高下低”的天下？

回顾早期BLDC驱动方案，驱动IC的集成度、工艺水平和内部逻辑复杂度有限。想要在外部可靠地实现防止上高下低（即上桥高+下桥低）同时出现的直通组合，硬件逻辑上有一个“巧妙”的解决方案：使用简单的与非门电路(NAND gate)。

图：约20年前的无刷电机控制系统框图，可见其复杂

“上高下低”的硬件优势： 对于下桥臂“低电平有效”的设计，将下桥的PWM输入信号取反后再控制MOSFET，其逻辑恰好可以通过一个简单的与非门实现。这种方案在当时硬件资源受限的情况下，成本低、实现相对简单、可靠性满足基本要求，因此“上高下低”逻辑成为了早期驱动设计的主流选择。

四、时代的进步：为何现在主流是“上高下高”？

技术的洪流滚滚向前。现代栅极驱动IC的制造工艺、集成能力和设计复杂度已经今非昔比。内部的数字逻辑、高精度死区控制、先进保护功能都高度集成化。在这种背景下，“上高下高”逻辑的优势被充分发挥，逐渐成为新设计的首选：

更高的抗干扰能力： “上高下低”要求MCU对下桥PWM输出低电平作为有效开启信号。在复杂的电磁环境中，低电平信号更容易受到干扰，误触发MOSFET开启的风险略高。而“上高下高”的开启都是高电平，干扰使其达到有效门槛的可能性相对较低。

更符合直觉的逻辑： “高电平开启”对于大多数工程师来说，是更自然、更符合直觉的逻辑定义方式（比如继电器的控制、普通GPIO点亮LED等）。设计理解和代码编写更容易，降低人为错误的可能性。“上高下低”的混合逻辑（上桥高有效，下桥低有效）则需要额外的思维转换，增加认知负担。

上下电状态更可靠： MCU在启动或复位时，IO口往往处于默认的低电平或高阻态。“上高下高”逻辑下，这种默认状态会自然地关闭所有MOSFET，带来更高的上电安全性。而对于“上高下低”逻辑，MCU的下桥口在默认输出低电平（或某些配置下的状态）时，可能就对应于下桥MOSFET的意外开启状态，存在一定风险。

简化接口设计： 随着驱动IC集成度提高，复杂的防直通逻辑都放在了IC内部，不需要再依赖外部的逻辑门电路。工程师只需关注“输出高代表开启”这一统一指令即可，接口设计更简洁。

五、总结：可靠性至上的选择

驱动IC中PWM逻辑从“上高下低”到“上高下高”的演变，清晰地展现了技术升级的路径：从早期依赖外部逻辑应对资源限制的“权宜之计”，发展到依托高度集成化IC实现内在逻辑优化和可靠性提升的“最优解”。现代“上高下高”配置凭借其优异的抗干扰性能、符合直觉的接口、更高的上下电安全性，以及对驱动IC先进内建保护机制的完美契合，成为了当今高性能、高可靠性BLDC控制系统设计的首选逻辑方案。工程师小贴士： 在选用驱动IC设计新系统时，务必查阅数据手册，明确其上下桥输入的有效电平定义！多数现代芯片已默认采用“上高下高”逻辑。了解这一趋势，有助于你做出更符合时代、更可靠的系统设计决策。

审核编辑 黄宇