HR8833雙H橋電機驅(qū)動器：設(shè)計與應(yīng)用詳解

在電子工程師的日常工作中，電機驅(qū)動器的選擇至關(guān)重要。今天，我們來詳細了解一款名為HR8833的雙H橋電機驅(qū)動器，它在玩具、打印機等機電應(yīng)用中有著廣泛的應(yīng)用。

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1. 產(chǎn)品概述

HR8833是嘉興禾潤電子科技有限公司推出的一款集成電機驅(qū)動解決方案，適用于有刷直流電機或雙極步進電機。它集成了兩個NMOS H橋和電流調(diào)節(jié)電路，能以2.7 - 12.8V的電源電壓供電，可提供高達1.5A RMS的輸出電流。該產(chǎn)品采用16引腳TSSOP封裝（帶PowerPAD?）和SOP16封裝。

1.1 應(yīng)用領(lǐng)域

HR8833的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋了電池供電玩具、POS打印機、視頻監(jiān)控攝像頭、辦公自動化機器、游戲機、機器人等。這些領(lǐng)域?qū)﹄姍C驅(qū)動的要求各不相同，但HR8833都能很好地滿足。

1.2 產(chǎn)品特性

• 雙H橋電流控制：能夠驅(qū)動兩個直流電機或一個步進電機。
• 低MOSFET導(dǎo)通電阻：HS + LS僅400mΩ，有助于降低功耗。
• 輸出電流：TSSOP16封裝每H橋可達1.5A RMS，SOP16封裝每H橋為1.4A RMS，輸出還可并聯(lián)以實現(xiàn)3A RMS。
• 寬電源電壓范圍：2.7V - 12.8V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• PWM繞組電流調(diào)節(jié)/限制：可精確控制電機電流。

2. 電氣特性

2.1 絕對最大額定值

在Ta = 25°C的條件下，各參數(shù)有明確的限制。例如，負載電源電壓VM范圍為 - 0.3 - 13V，輸出電流IOUT為±1.5A，邏輯輸入電壓VIN為 - 0.7 - 7V等。這些參數(shù)規(guī)定了產(chǎn)品的使用邊界，超出可能會導(dǎo)致器件損壞。

2.2 推薦工作條件

同樣在Ta = 25°C時，負載電源電壓范圍為2.7 - 12.8V（步進電機），直流電機時應(yīng)保持在10.8V以下；邏輯輸入電壓范圍為0 - 5.75V；TSSOP16封裝每橋連續(xù)RMS或直流輸出電流為0 - 1.5A，SOP16封裝為0 - 1.4A。

2.3 電氣參數(shù)

在Ta = 25°C，VM = 5V的條件下，詳細的電氣參數(shù)給出了電源、邏輯電平輸入、nFAULT輸出、H橋FET、電機驅(qū)動、保護電路、電流控制和睡眠模式等方面的具體數(shù)值。例如，VM工作電源電流IVM典型值為1.7mA，VM睡眠模式電源電流IVMQ典型值為1.6μA等。

3. 功能描述

3.1 PWM電機驅(qū)動

HR8833包含兩個相同的H橋電機驅(qū)動器和電流控制PWM電路。通過AIN1、AIN2、BIN1、BIN2輸入引腳可以控制電機的正反轉(zhuǎn)、剎車等狀態(tài)。輸入還可用于PWM控制電機速度，H橋在處理電機電流中斷時的再循環(huán)電流有快速衰減和慢速衰減兩種模式。

3.2 電流控制

電機繞組電流可通過固定頻率的PWM電流調(diào)節(jié)或電流斬波來限制或控制。當電流達到斬波閾值時，橋會禁用電流，直到下一個PWM周期開始。斬波電流由比較器根據(jù)連接到xISEN引腳的電流檢測電阻兩端的電壓與200mV參考電壓比較來設(shè)置，計算公式為(I{CHOP}=frac{200 mV}{R{XSEN}})。

3.3 nSLEEP操作

將nSLEEP引腳拉低，設(shè)備進入低功耗睡眠狀態(tài)。在此狀態(tài)下，H橋禁用，柵極驅(qū)動電荷泵停止，內(nèi)部邏輯復(fù)位，內(nèi)部時鐘停止。從睡眠模式返回時，電機驅(qū)動器需要一段時間（最長1ms）才能完全恢復(fù)工作。

3.4 保護電路

• 過流保護（OCP）：每個FET上的模擬電流限制電路通過限制柵極驅(qū)動來限制電流。如果模擬電流限制持續(xù)時間超過OCP消隱時間，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT引腳拉低。經(jīng)過OCP重試周期后，驅(qū)動器將重新啟用。
• 熱關(guān)斷（TSD）：如果管芯溫度超過安全限制，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT引腳拉低。當溫度降至安全水平時，操作自動恢復(fù)。
• 欠壓鎖定（UVLO）：當VM引腳電壓低于欠壓鎖定閾值電壓時，設(shè)備中的所有電路將被禁用，內(nèi)部邏輯復(fù)位。當VM高于UVLO閾值時，操作恢復(fù)，欠壓時nFAULT引腳拉低。

4. 應(yīng)用信息

4.1 并行模式

HR8833的兩個H橋可以并聯(lián)，以獲得單個H橋兩倍的電流。內(nèi)部死區(qū)時間可防止兩個橋之間因時序差異而產(chǎn)生的交叉導(dǎo)通風(fēng)險。

4.2 熱信息

• 最大輸出電流：實際操作中，電機驅(qū)動器的最大輸出電流取決于管芯溫度，而管芯溫度又受環(huán)境溫度和PCB設(shè)計的影響。
• 熱保護：HR8833具有熱關(guān)斷功能，當管芯溫度超過約150°C時，設(shè)備將被禁用，直到溫度下降45°C。
• 功率耗散：功率耗散主要由輸出FET電阻的直流功率決定，還有PWM開關(guān)損耗，通常占直流功率耗散的10% - 30%。單個H橋的直流功率耗散可通過公式(P{TOT }=left(H S - R{D S(O N)} cdot I{OUT(RMS )}^{2}right)+left(L S - R{D S(O N)} cdot I_{OUT(RMS )}^{2}right))估算。
• 散熱：PowerPAD封裝通過暴露的焊盤散熱，需將其與PCB上的銅進行熱連接。多層PCB可通過過孔將熱焊盤連接到接地層，無內(nèi)部層的PCB可在兩側(cè)增加銅面積，并使用熱過孔傳遞熱量。

4.3 布局指南

• 用額定值為10μF、適用于VM的低ESR陶瓷旁路電容將VM端子旁路到GND，電容應(yīng)盡可能靠近VM引腳，并使用粗走線或接地層連接到設(shè)備GND引腳和PowerPAD。
• 用額定值為6.3V的陶瓷電容將VINT旁路到地，電容應(yīng)靠近引腳放置。

5. 引腳信息

文檔還給出了TSSOP16和SOP16封裝的引腳列表，包括電源和接地、控制、狀態(tài)和輸出等引腳的詳細描述和外部組件連接建議。

HR8833雙H橋電機驅(qū)動器憑借其豐富的功能和良好的性能，為電子工程師在電機驅(qū)動設(shè)計中提供了一個可靠的選擇。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇封裝和工作參數(shù)，同時注意布局和散熱設(shè)計，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運行。你在使用類似電機驅(qū)動器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。