德州儀器DRV8231：高性能有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的深度解析

在電子工程師的日常工作中，有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片是一個(gè)常見且關(guān)鍵的組件。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）推出的DRV8231 3.7 - A有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，了解它的特性、應(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：drv8231.pdf

芯片特性亮點(diǎn)

集成度與性能兼顧

DRV8231是一款集成了N溝道H橋、電荷泵、電流調(diào)節(jié)和保護(hù)電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。其4.5 - V至33 - V的寬工作電源電壓范圍，能適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。而且，它具有3.7 - A的高輸出電流能力，能夠輕松驅(qū)動(dòng)較大功率的有刷直流電機(jī)。

先進(jìn)的電流調(diào)節(jié)功能

該芯片通過比較模擬輸入VREF和ISEN引腳處電流檢測(cè)分流電阻兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)了電流調(diào)節(jié)功能。這一特性在電機(jī)啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)等情況下，能顯著限制大電流，保護(hù)電機(jī)和芯片，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

低功耗睡眠模式

在 (V{VM}=24 - V{t})、(T_{J}=25^{circ} C) 時(shí)，低功耗睡眠模式下的靜態(tài)電流小于1 - μA，大大降低了系統(tǒng)的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

多種保護(hù)機(jī)制

芯片集成了電源欠壓鎖定（UVLO）、輸出過流保護(hù)（OCP）和器件過溫保護(hù)（TSD）等內(nèi)部保護(hù)功能，確保在各種異常情況下，芯片和電機(jī)都能得到有效的保護(hù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。

小巧封裝

提供8引腳WSON（2.0 × 2.0 mm）和8引腳HSOP（4.9 × 6.0 mm）兩種小巧的封裝形式，節(jié)省了電路板空間，方便進(jìn)行緊湊設(shè)計(jì)。

應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

DRV8231的應(yīng)用場(chǎng)景十分豐富，涵蓋了打印機(jī)、真空機(jī)器人、洗衣機(jī)和烘干機(jī)、咖啡機(jī)、POS打印機(jī)、電表、ATM機(jī)、通風(fēng)機(jī)、手術(shù)設(shè)備、電子病床及床控系統(tǒng)、健身器材等眾多領(lǐng)域。這些應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的性能、可靠性和功耗都有不同的要求，而DRV8231憑借其出色的特性，能夠很好地滿足這些需求。

關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

外部組件選擇

在設(shè)計(jì)過程中，外部組件的選擇至關(guān)重要。例如，推薦使用低ESR的陶瓷電容作為VM到GND的旁路電容，X5R和X7R類型是不錯(cuò)的選擇。VM電源電容應(yīng)盡可能靠近芯片放置，以減小環(huán)路電感。對(duì)于感測(cè)電阻，為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，應(yīng)選擇表面貼裝、低電感、功率額定值足夠高且靠近電機(jī)驅(qū)動(dòng)器放置的電阻。

電流調(diào)節(jié)與保護(hù)

電流調(diào)節(jié)功能可以幫助限制電機(jī)啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)的大電流。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過VREF引腳配置電流調(diào)節(jié)水平，以滿足系統(tǒng)對(duì)負(fù)載電流的要求。同時(shí)，芯片的過流保護(hù)功能能夠在檢測(cè)到過流情況時(shí)，自動(dòng)禁用H橋中的所有FET，并在故障排除后重新啟用。

熱性能考慮

芯片的熱性能對(duì)其穩(wěn)定性和可靠性有著重要影響?？偣闹饕伸o態(tài)電源電流耗散（(P{VM})）、功率MOSFET開關(guān)損耗（(P{SW})）和功率MOSFET (R{DS(on)})（傳導(dǎo)）損耗（(P{RDS})）三部分組成。通過合理的PCB設(shè)計(jì)和散熱措施，可以降低芯片的結(jié)溫，確保其在安全的溫度范圍內(nèi)工作。例如，選擇合適的PCB布局，增加銅面積和過孔數(shù)量，都有助于提高散熱性能。

布局設(shè)計(jì)

由于DRV8231集成了能夠驅(qū)動(dòng)大電流的功率MOSFET，因此在布局設(shè)計(jì)和外部組件放置時(shí)需要格外小心。VM、OUT1、OUT2和PGND等引腳承載著從電源到輸出再回到地的大電流，應(yīng)使用盡可能厚的金屬走線。同時(shí)，芯片的散熱焊盤應(yīng)通過熱過孔連接到PCB頂層接地平面和內(nèi)部接地平面，以實(shí)現(xiàn)最佳的散熱效果。

總結(jié)

DRV8231作為德州儀器有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片家族的一員，憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和出色的性能，為電子工程師提供了一個(gè)可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，我們需要充分考慮芯片的各項(xiàng)特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理選擇外部組件，優(yōu)化布局設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。你在使用類似電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)，遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。