深入解析DRV8424E/P與DRV8425E/P：雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)的理想之選

在工業(yè)應(yīng)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一直是實(shí)現(xiàn)高效、精確控制的關(guān)鍵組件。今天，我們就來(lái)深入剖析德州儀器（TI）推出的DRV8424E/P和DRV8425E/P這兩款雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，探討它們的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品概述

DRV8424E/P和DRV8425E/P是為多種工業(yè)應(yīng)用量身定制的雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。它們既可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，也能驅(qū)動(dòng)一個(gè)雙極步進(jìn)電機(jī)，具有廣泛的適用性。這兩款驅(qū)動(dòng)器采用了集成電流感測(cè)和調(diào)節(jié)電路，無(wú)需外部功率感測(cè)電阻，大大節(jié)省了電路板空間和成本。同時(shí)，它們還具備多種保護(hù)功能，能有效提高系統(tǒng)的可靠性。

二、產(chǎn)品特性

2.1 驅(qū)動(dòng)能力多樣

• 電機(jī)類(lèi)型適配廣泛：支持一個(gè)雙極步進(jìn)電機(jī)、兩個(gè)雙向有刷直流電機(jī)或四個(gè)單向有刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
• 高電流輸出：DRV8424E/P能夠提供高達(dá)4A的峰值電流（有刷電機(jī)）或2.5A的滿量程電流（步進(jìn)電機(jī)）；DRV8425E/P則可提供3.2A的峰值電流（有刷電機(jī)）或2A的滿量程電流（步進(jìn)電機(jī)）。不過(guò)，實(shí)際的滿量程和均方根電流會(huì)受到環(huán)境溫度、電源電壓和PCB散熱能力的影響。

2.2 集成電流感測(cè)功能

• 無(wú)需外部感測(cè)電阻：采用集成電流感測(cè)架構(gòu)，通過(guò)電流鏡方法和內(nèi)部功率MOSFET進(jìn)行電流感測(cè)，消除了感測(cè)電阻的功率損耗，節(jié)省了電路板空間和成本。
• 高精度電流控制：滿量程電流精度可達(dá)±5%，能實(shí)現(xiàn)精確的電流調(diào)節(jié)。

2.3 寬工作電壓范圍

支持4.5V至33V的工作電源電壓范圍，適應(yīng)不同的電源系統(tǒng)。

2.4 多種控制接口選項(xiàng)

提供PHASE/ENABLE（PH/EN）和PWM（IN/IN）兩種控制接口，方便與控制器電路進(jìn)行連接。

2.5 可配置的電流調(diào)節(jié)

• 多種衰減模式：支持智能調(diào)諧動(dòng)態(tài)衰減、智能調(diào)諧紋波控制、混合衰減和快速衰減等多種衰減模式，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。
• 可調(diào)節(jié)的PWM關(guān)斷時(shí)間：PWM關(guān)斷時(shí)間tOFF可調(diào)整為7、16、24或32μs，進(jìn)一步優(yōu)化電流調(diào)節(jié)。

2.6 低功耗睡眠模式

當(dāng)不驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，可進(jìn)入低功耗睡眠模式，此時(shí)電流僅為2μA，能夠有效節(jié)省系統(tǒng)功耗。

2.7 低電磁干擾（EMI）

采用擴(kuò)頻時(shí)鐘技術(shù)，降低了電磁干擾，提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。

2.8 完善的保護(hù)功能

包括VM欠壓鎖定（UVLO）、電荷泵欠壓（CPUV）、過(guò)流保護(hù)（OCP）、熱關(guān)斷（OTSD）等保護(hù)功能，確保設(shè)備在異常情況下的安全運(yùn)行。同時(shí)，還提供故障狀態(tài)輸出（nFAULT），方便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理故障。

三、產(chǎn)品應(yīng)用

DRV8424E/P和DRV8425E/P廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如打印機(jī)和掃描儀、ATM機(jī)和紡織機(jī)械、辦公和家庭自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化和機(jī)器人、主要家用電器以及真空、人形和玩具機(jī)器人等。

四、詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 典型應(yīng)用：驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)

• 設(shè)計(jì)要求：以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)有刷直流電機(jī)為例，設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)包括電源電壓VM（如24V）、電機(jī)繞組電阻RL（如1.2Ω）、電機(jī)繞組電感LL（如2.3mH）、開(kāi)關(guān)頻率fPWM（如30kHz）和每個(gè)電機(jī)的調(diào)節(jié)電流IREG（如1.5A）。
• 電流調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)電流IREG由VREFx模擬電壓設(shè)定，計(jì)算公式為(I{REG}(A)=V{REFx}(V) / K{V}(V / A)=V{REFx}(V) / 1.32(V/A))。在啟動(dòng)有刷直流電機(jī)時(shí)，電流調(diào)節(jié)可限制涌流，防止啟動(dòng)時(shí)的高電流。
• 功率損耗和熱計(jì)算：總功率損耗(P{TOT})由功率MOSFET的導(dǎo)通損耗(P{COND})、開(kāi)關(guān)損耗(P{SW})和靜態(tài)電源電流損耗(P{Q})組成，即(P{TOT}=P{COND}+P{SW}+P{Q})。其中，(P{COND})可根據(jù)設(shè)備的(R{DS(ON)})和調(diào)節(jié)輸出電流IREG計(jì)算；(P{SW})與電源電壓、調(diào)節(jié)輸出電流、開(kāi)關(guān)頻率以及設(shè)備的輸出上升和下降時(shí)間有關(guān)；(P{Q})則由電源電壓和VM靜態(tài)電流決定。在計(jì)算時(shí)，需要注意(R{DS(ON)})與設(shè)備溫度密切相關(guān)，可參考典型特性曲線中的歸一化(R{DS(ON)})與溫度曲線。同時(shí)，要確保設(shè)備的結(jié)溫在規(guī)定的工作范圍內(nèi)。

4.2 替代應(yīng)用：驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)

• 設(shè)計(jì)要求：以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)為例，設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)包括電源電壓VM（如24V）、電機(jī)繞組電阻RL（如0.93Ω/相）、電機(jī)繞組電感LL（如1.9mH/相）、電機(jī)全步角θstep（如1.8°/步）、目標(biāo)微步進(jìn)級(jí)別nm（如1/2步）、目標(biāo)電機(jī)速度v（如90rpm）和目標(biāo)滿量程電流IFS（如2A）。
• 電流調(diào)節(jié)：步進(jìn)電機(jī)的滿量程電流IFS取決于VREFx電壓，計(jì)算公式為(I{FS}(A)=V{REF}(V) / 1.32(V / A))。同時(shí)，IFS電流還需滿足(I{FS}{L}(Omega)+2 × R_{D S(O N)}(Omega)})，以避免電機(jī)飽和。
• 步進(jìn)電機(jī)速度：為了實(shí)現(xiàn)正確的速度控制，需要確定輸入波形的頻率。頻率(f{step})可根據(jù)目標(biāo)電機(jī)速度v、微步進(jìn)級(jí)別nm和電機(jī)全步角θstep計(jì)算得出，公式為(f{step}( steps / s)=frac{v(rpm) × 360(° / rot)}{theta{step}(° / step ) × n{m}( steps / microstep ) × 60( s / min)})。
• 衰減模式：設(shè)備支持快速衰減、混合衰減和智能調(diào)諧等多種衰減模式。通過(guò)可調(diào)的固定關(guān)斷時(shí)間方案，在電機(jī)繞組電流達(dá)到斬波閾值后，設(shè)備會(huì)將繞組置于其中一種衰減模式下，持續(xù)時(shí)間為T(mén)OFF，之后開(kāi)始新的驅(qū)動(dòng)階段。