探索 DRV8436E/P 雙 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，一款性能出色的驅(qū)動(dòng)器對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效性能至關(guān)重要。DRV8436E/P 雙 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器憑借其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場景，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這款驅(qū)動(dòng)器。

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一、DRV8436E/P 的特性亮點(diǎn)

（一）多電機(jī)驅(qū)動(dòng)能力

DRV8436E/P 是一款雙 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)雙極步進(jìn)電機(jī)、兩臺(tái)雙向有刷直流電機(jī)或者四臺(tái)單向有刷直流電機(jī)，這種多樣化的驅(qū)動(dòng)能力使其在不同的電機(jī)控制場景中都能發(fā)揮作用。

（二）集成電流感應(yīng)功能

該驅(qū)動(dòng)器集成了電流感應(yīng)功能，無需外部檢測(cè)電阻，不僅節(jié)省了電路板空間，還降低了系統(tǒng)成本。同時(shí)，它具有 ±7.5% 的滿量程電流精度，能夠提供較為精確的電流控制。

（三）寬工作電壓范圍

其工作電源電壓范圍為 4.5 - 48V，這使得它可以適應(yīng)不同的電源環(huán)境，為各種應(yīng)用提供了更大的靈活性。

（四）多種控制接口選項(xiàng)

提供了 PHASE/ENABLE 和 PWM 兩種控制接口選項(xiàng)，方便工程師根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的控制方式，實(shí)現(xiàn)與控制器電路的輕松連接。

（五）智能調(diào)諧衰減技術(shù)

具備智能調(diào)諧衰減技術(shù)，提供固定慢速、快速和混合衰減等多種衰減模式選項(xiàng)。其中，智能調(diào)諧衰減模式可以自動(dòng)調(diào)整衰減設(shè)置，在最小化電流紋波的同時(shí)快速響應(yīng)步進(jìn)變化，大大簡化了步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的集成。

（六）低導(dǎo)通電阻和高電流容量

在 24V、25°C 的條件下，其導(dǎo)通電阻 (R_{DS(ON)}) 為 900 mΩ（高側(cè) + 低側(cè)），每個(gè)橋的峰值電流可達(dá) 2.4A，滿量程電流為 1.5A，均方根電流為 1.1A，能夠滿足大多數(shù)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求。

（七）可配置關(guān)斷時(shí)間 PWM 斬波

PWM 關(guān)斷時(shí)間可以配置為 7、16、24 或 32 μs，工程師可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化電機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能。

（八）低功耗睡眠模式

提供低電流睡眠模式，睡眠電流僅為 2 μA，當(dāng)系統(tǒng)不需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，可以進(jìn)入睡眠模式以節(jié)省功耗。

（九）低電磁干擾

采用擴(kuò)頻時(shí)鐘技術(shù)，有效降低了電磁干擾（EMI），提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（十）保護(hù)功能齊全

具備多種保護(hù)特性，如 VM 欠壓鎖定（UVLO）、電荷泵欠壓（CPUV）、過流保護(hù)（OCP）、熱關(guān)斷（OTSD）和故障狀態(tài)輸出（nFAULT）等，能夠有效地保護(hù)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)免受損壞。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

DRV8436E/P 適用于多種工業(yè)應(yīng)用場景，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

（一）辦公與家庭自動(dòng)化

在打印機(jī)、掃描儀、ATM 機(jī)、貨幣計(jì)數(shù)器和電子銷售點(diǎn)（EPOS）系統(tǒng)等設(shè)備中，DRV8436E/P 可以精確控制電機(jī)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)高效的打印、掃描和交易操作。

（二）工業(yè)自動(dòng)化與機(jī)器人

在工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線和機(jī)器人系統(tǒng)中，它能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)控制，提高生產(chǎn)效率和機(jī)器人的操作精度。

（三）家電產(chǎn)品

無論是大型家電還是小型家電，如智能家電中的電機(jī)控制，DRV8436E/P 都可以提供穩(wěn)定可靠的驅(qū)動(dòng)解決方案。

（四）安防與通信設(shè)備

在 IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和視頻會(huì)議設(shè)備中，它可以控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)鏡頭的變焦和旋轉(zhuǎn)等功能，為用戶提供更好的視覺體驗(yàn)。

（五）機(jī)器人玩具

在真空機(jī)器人、人形機(jī)器人和玩具機(jī)器人中，DRV8436E/P 可以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)和輪子，實(shí)現(xiàn)靈活的運(yùn)動(dòng)。

三、詳細(xì)技術(shù)解析

（一）內(nèi)部架構(gòu)與工作原理

DRV8436E/P 集成了兩個(gè) N 溝道功率 MOSFET H 橋、集成電流感應(yīng)和調(diào)節(jié)電路。其輸出級(jí)由配置為兩個(gè)完整 H 橋的 N 溝道功率 MOSFET 組成，還包括電荷泵調(diào)節(jié)器、電流傳感和調(diào)節(jié)以及保護(hù)電路。通過集成電流感應(yīng)架構(gòu)，使用內(nèi)部電流鏡方法，利用內(nèi)部功率 MOSFET 進(jìn)行電流傳感，消除了外部功率檢測(cè)電阻的需求，減少了檢測(cè)電阻上的功率損耗，降低了外部元件成本、電路板尺寸和系統(tǒng)功耗。

（二）控制接口與橋控制

1. DRV8436E

采用 PH/EN 接口進(jìn)行控制。通過 nSLEEP、ENx 和 PHx 引腳的不同組合，可以控制 H 橋的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止等功能。例如，當(dāng) nSLEEP 為高電平，ENx 為高電平，PHx 為低電平時(shí)，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng) PHx 為高電平時(shí)，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)。

2. DRV8436P

采用 PWM 接口進(jìn)行控制。通過 nSLEEP、xIN1 和 xIN2 引腳的不同組合，可以控制 H 橋的狀態(tài)。例如，當(dāng) nSLEEP 為高電平，xIN1 為高電平，xIN2 為低電平時(shí)，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng) xIN1 為低電平，xIN2 為高電平時(shí)，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

（三）電流調(diào)節(jié)與衰減模式

1. 電流調(diào)節(jié)

電機(jī)繞組中的電流通過可調(diào)關(guān)斷時(shí)間 PWM 電流調(diào)節(jié)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng) H 橋啟用時(shí)，電流以取決于直流電壓、繞組電感和反電動(dòng)勢(shì)大小的速率上升。當(dāng)電流達(dá)到電流調(diào)節(jié)閾值時(shí)，橋進(jìn)入衰減模式一段時(shí)間，以降低電流。關(guān)斷時(shí)間結(jié)束后，橋重新啟用，開始另一個(gè) PWM 周期。PWM 斬波電流由比較器設(shè)置，該比較器監(jiān)視與低端功率 MOSFET 并聯(lián)的電流檢測(cè) MOSFET 兩端的電壓。斬波電流 (I{FS}) 可以通過公式 (I{FS}(A)=V{REFx}(V) / K{V}(V / A)=V{REFx}(V) / 2.2(V / A)) 計(jì)算，其中 (V{REFx}) 是參考電壓，(K_{V}) 是跨阻增益。

2. 衰減模式

• 慢速衰減：在慢速衰減模式下，H 橋的兩個(gè)低端 FET 都導(dǎo)通，允許電流再循環(huán)。這種模式下電流紋波最小，但在電流下降時(shí)，需要較長時(shí)間才能穩(wěn)定到新的 ITRIP 水平。
• 混合衰減：混合衰減模式開始時(shí)為 30% 的 (t_{OFF}) 采用快速衰減，其余時(shí)間采用慢速衰減。這種模式的紋波比慢速衰減大，但比快速衰減小，在電流下降時(shí)能更快地穩(wěn)定到新的 ITRIP 水平。
• 快速衰減：快速衰減模式下，H 橋的極性反轉(zhuǎn)，當(dāng)電流接近零時(shí)，H 橋?qū)㈥P(guān)閉以防止電流反向流動(dòng)。這種模式下電流紋波最大，但在電流下降時(shí)過渡時(shí)間最快。
• 智能調(diào)諧動(dòng)態(tài)衰減：這是一種先進(jìn)的電流調(diào)節(jié)控制方法，它可以根據(jù)電機(jī)繞組電阻和電感、電機(jī)老化效應(yīng)、電機(jī)動(dòng)態(tài)速度和負(fù)載、電機(jī)電源電壓變化以及低電流與高電流的 dI/dt 等操作因素自動(dòng)調(diào)整衰減方案，在慢速、混合和快速衰減之間自動(dòng)配置衰減模式，動(dòng)態(tài)調(diào)整混合衰減中快速衰減的百分比，以實(shí)現(xiàn)最低的電流紋波。

  （四）保護(hù)電路

  1. VM 欠壓鎖定（UVLO）

  當(dāng) VM 引腳電壓低于 UVLO 閾值電壓時(shí)，所有輸出將被禁用，nFAULT 引腳將被拉低，電荷泵也將被禁用。當(dāng) VM 欠壓條件消除后，正常操作將恢復(fù)。

  2. VCP 欠壓鎖定（CPUV）

  當(dāng) VCP 引腳電壓低于 CPUV 電壓時(shí)，所有輸出將被禁用，nFAULT 引腳將被拉低，但電荷泵仍保持活動(dòng)狀態(tài)。當(dāng) VCP 欠壓條件消除后，正常操作將恢復(fù)。

  3. 過流保護(hù)（OCP）

  每個(gè) FET 上的模擬電流限制電路通過移除柵極驅(qū)動(dòng)來限制通過 FET 的電流。如果電流限制持續(xù)時(shí)間超過 (t{OCP}) 時(shí)間，該特定 H 橋中的 FET 將被禁用，nFAULT 引腳將被拉低。當(dāng) (t{RETRY}) 時(shí)間過去且故障條件消除后，正常操作將自動(dòng)恢復(fù)。

  4. 熱關(guān)斷（OTSD）

  當(dāng)芯片溫度超過熱關(guān)斷限制（(T{OTSD})）時(shí)，H 橋中的所有 MOSFET 都將被禁用，nFAULT 引腳將被拉低。當(dāng)結(jié)溫降至過溫閾值限制減去滯后（(T{OTSD}-T_{HYS_OTSD})）以下時(shí)，正常操作將恢復(fù)。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）電源設(shè)計(jì)

DRV8436E/P 設(shè)計(jì)用于在 4.5 - 48V 的輸入電壓范圍內(nèi)工作。在每個(gè) VM 引腳附近應(yīng)盡可能靠近設(shè)備放置一個(gè)額定電壓為 VM 的 0.01 - μF 陶瓷電容，以減少電壓波動(dòng)。此外，還需要在 VM 上添加一個(gè)大容量電容，以提供足夠的能量存儲(chǔ)。大容量電容的選擇需要考慮電機(jī)系統(tǒng)所需的最大電流、電源的電容和電流供應(yīng)能力、電源與電機(jī)系統(tǒng)之間的寄生電感、可接受的電壓紋波、電機(jī)類型和電機(jī)制動(dòng)方法等因素。一般來說，大容量電容的電壓額定值應(yīng)高于工作電壓，以提供一定的余量。

（二）布局設(shè)計(jì)

1. 旁路電容

VM 引腳應(yīng)使用額定電壓為 VM 的低 ESR 陶瓷旁路電容（推薦值為 0.01 μF）旁路到 GND，該電容應(yīng)盡可能靠近 VM 引腳，并使用粗走線或接地平面連接到設(shè)備的 GND 引腳。此外，DVDD 引腳也應(yīng)使用低 ESR 陶瓷電容（推薦值為 0.47 μF，額定電壓為 6.3V）旁路到地。

2. 電荷泵電容

CPL 和 CPH 引腳之間應(yīng)放置一個(gè)額定電壓為 VM 的 0.022 μF 低 ESR 陶瓷電容，VM 和 VCP 引腳之間應(yīng)放置一個(gè)額定電壓為 16V 的 0.22 μF 低 ESR 陶瓷電容，且這些電容應(yīng)盡可能靠近引腳放置。

3. 熱焊盤

熱焊盤必須連接到系統(tǒng)地，以幫助散熱，提高器件的可靠性。

（三）外部組件選擇

根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)的推薦，選擇合適的外部組件，如與 VREF 引腳連接的電阻分壓器，以設(shè)置斬波電流；nFAULT 引腳應(yīng)通過一個(gè)大于 4.7 - kΩ 的電阻上拉到 5V 或 3.3V 電源；為電荷泵和線性電壓調(diào)節(jié)器選擇合適的電容等。

五、總結(jié)

DRV8436E/P 雙 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用場景和完善的保護(hù)功能，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供了一個(gè)可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇控制接口、衰減模式和外部組件，同時(shí)注意電源設(shè)計(jì)和布局設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮該驅(qū)動(dòng)器的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。