DRV8843雙H橋驅(qū)動(dòng)器：功能特性與應(yīng)用設(shè)計(jì)詳解

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選擇至關(guān)重要。今天我們要詳細(xì)探討的是德州儀器（TI）推出的DRV8843雙H橋驅(qū)動(dòng)器，它能為打印機(jī)、掃描儀及其他自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用提供集成化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案。

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一、關(guān)鍵特性剖析

1. 多類型電機(jī)驅(qū)動(dòng)能力

DRV8843具備驅(qū)動(dòng)單/雙有刷直流電機(jī)以及步進(jìn)電機(jī)的能力，這種多功能性使得它在不同的電機(jī)控制場(chǎng)景中都能大顯身手。

2. 靈活的控制與電流調(diào)節(jié)

采用IN/IN控制接口，并具備可選的固定頻率電流調(diào)節(jié)功能。通過兩位電流控制，它最多可實(shí)現(xiàn)四個(gè)電流級(jí)別，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供了更精細(xì)的控制。

3. 低導(dǎo)通電阻與高電流驅(qū)動(dòng)

MOSFET的導(dǎo)通電阻較低，在24V且環(huán)境溫度為25°C的條件下，最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)2.5A，高側(cè)和低側(cè)的組合導(dǎo)通電阻 (R_{DS(ON)}) 為400mΩ，能滿足大多數(shù)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求。

4. 寬工作電壓范圍與低功耗模式

工作電源電壓范圍為8.2V至45V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。同時(shí)還具備低電流睡眠模式，可有效降低系統(tǒng)功耗。

5. 內(nèi)置參考輸出與散熱封裝

內(nèi)置3.3V參考輸出，方便為其他電路提供穩(wěn)定的參考電壓。采用熱增強(qiáng)型表面貼裝封裝，有助于提高散熱性能，保證設(shè)備的穩(wěn)定性。

6. 全面的保護(hù)功能

具備過流保護(hù)（OCP）、熱關(guān)斷（TSD）、欠壓鎖定（UVLO）等保護(hù)功能，并通過故障指示引腳（nFAULT）及時(shí)反饋故障狀態(tài)，增強(qiáng)了設(shè)備的可靠性。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

DRV8843的應(yīng)用場(chǎng)景十分豐富，涵蓋了打印機(jī)、掃描儀、辦公自動(dòng)化設(shè)備、游戲機(jī)、工廠自動(dòng)化以及機(jī)器人等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，它能憑借自身的特性為電機(jī)提供穩(wěn)定可靠的驅(qū)動(dòng)。

三、詳細(xì)功能解讀

1. 整體架構(gòu)概述

DRV8843集成了兩個(gè)功率NMOS H橋、電流檢測(cè)與調(diào)節(jié)電路、保護(hù)裝置以及數(shù)字接口。通過簡(jiǎn)單的PWM接口，可輕松與外部數(shù)字控制器連接，且占用資源少。故障指示引腳（nFAULT）能實(shí)時(shí)反饋設(shè)備的故障狀態(tài)。

2. 功能模式分析

• 橋控制模式：AIN1和AIN2輸入引腳直接控制AOUT1和AOUT2輸出狀態(tài)，BIN1和BIN2輸入引腳控制BOUT1和BOUT2輸出狀態(tài)。輸入引腳還可用于電機(jī)速度的PWM控制，H橋在電流中斷時(shí)可工作在快速衰減或慢速衰減模式，以處理電機(jī)的續(xù)流電流。
• 電流調(diào)節(jié)模式：通過固定頻率的PWM電流調(diào)節(jié)來控制電機(jī)繞組中的電流。當(dāng)電流達(dá)到斬波閾值時(shí)，橋會(huì)關(guān)閉電流，直到下一個(gè)PWM周期開始。此功能可用于步進(jìn)電機(jī)的微步控制和直流電機(jī)的啟動(dòng)與堵轉(zhuǎn)電流限制，且可通過兩個(gè)輸入引腳調(diào)節(jié)每個(gè)橋的電流。
• 衰減模式：支持快速衰減、慢速衰減和混合衰減三種模式，通過DECAY引腳進(jìn)行選擇。混合衰減模式在PWM周期的75%時(shí)從快速衰減切換到慢速衰減。
• 消隱時(shí)間機(jī)制：在H橋啟動(dòng)電流后，xISEN引腳的電壓在固定的3.75μs消隱時(shí)間內(nèi)會(huì)被忽略，以避免雜訊干擾電流檢測(cè)。
• 復(fù)位與睡眠操作：nRESET引腳低電平有效時(shí)，可復(fù)位內(nèi)部邏輯并禁用H橋驅(qū)動(dòng)器；nSLEEP引腳低電平可使設(shè)備進(jìn)入低功耗睡眠狀態(tài)，喚醒后需約1ms恢復(fù)正常工作。

  3. 保護(hù)電路作用

• 過流保護(hù)（OCP）：每個(gè)FET上的模擬電流限制電路可通過移除柵極驅(qū)動(dòng)來限制電流。若過流情況持續(xù)超過OCP時(shí)間，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT引腳置低，直到復(fù)位或重新上電。
• 熱關(guān)斷（TSD）：當(dāng)芯片溫度超過安全限制時(shí)，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT引腳置低，溫度降至安全水平后自動(dòng)恢復(fù)工作。
• 欠壓鎖定（UVLO）：若VM引腳電壓低于欠壓鎖定閾值，設(shè)備所有電路將被禁用，內(nèi)部邏輯復(fù)位，電壓恢復(fù)正常后重新啟動(dòng)。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 典型應(yīng)用電路

以控制雙有刷直流電機(jī)為例，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮電源電壓、電機(jī)繞組電阻和電感、檢測(cè)電阻值以及目標(biāo)滿量程電流等參數(shù)。通過合理設(shè)置xVREF電壓和檢測(cè)電阻值，可實(shí)現(xiàn)所需的電流調(diào)節(jié)。

2. 電源設(shè)計(jì)建議

• 大容量電容選擇：大容量電容的大小對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，需綜合考慮電源類型、允許的電源電壓紋波、電源布線中的寄生電感、電機(jī)類型、電機(jī)啟動(dòng)電流和制動(dòng)方法等因素。一般數(shù)據(jù)手冊(cè)會(huì)提供推薦值，但需進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試來確定合適的電容大小。
• 電源和邏輯時(shí)序：DRV8843上電無特定順序，數(shù)字輸入信號(hào)可在VMx施加前存在，施加VMx后，設(shè)備根據(jù)控制引腳狀態(tài)開始工作。

  3. PCB布局指南

• 旁路電容放置：VMA和VMB引腳需使用低ESR陶瓷旁路電容旁路到GND，電容應(yīng)盡量靠近引腳，并通過厚走線或接地平面連接到設(shè)備GND引腳。同時(shí)，還需使用合適的大容量電容進(jìn)行旁路。
• 其他電容和電阻布局：CPL和CPH引腳之間、VMA和VCP引腳之間需放置低ESR陶瓷電容，VCP和VMA之間還需放置1MΩ電阻。V3P3引腳需通過陶瓷電容旁路到地。

  4. 散熱考慮因素

• 熱保護(hù)機(jī)制：DRV8843具備熱關(guān)斷功能，當(dāng)芯片溫度超過約150°C時(shí)，設(shè)備將被禁用，直到溫度下降。若設(shè)備頻繁進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)，可能意味著功耗過大、散熱不足或環(huán)境溫度過高。
• 功率耗散計(jì)算：設(shè)備的功率耗散主要由輸出FET的導(dǎo)通電阻決定，可通過公式 (P = 2 × R{DS(ON)} × (I{OUT})^{2}) 估算每個(gè)H橋的平均功率耗散。
• 散熱設(shè)計(jì)方法：采用PowerPAD?封裝，通過將暴露的焊盤與PCB上的銅連接來散熱。多層PCB可通過添加過孔將熱焊盤連接到接地平面；無內(nèi)部平面的PCB可在兩側(cè)添加銅面積，若銅面積在PCB另一側(cè)，需使用熱過孔進(jìn)行熱量傳遞。

五、總結(jié)

DRV8843雙H橋驅(qū)動(dòng)器憑借其豐富的功能特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域以及完善的保護(hù)機(jī)制，為電子工程師在電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)可靠的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇參數(shù)、優(yōu)化布局和散熱設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮DRV8843的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享。