DRV8848雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：設(shè)計(jì)與應(yīng)用詳解

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，一款性能出色、功能豐富的驅(qū)動(dòng)器能為工程師們的設(shè)計(jì)帶來(lái)諸多便利。今天，我們就來(lái)深入探討德州儀器（TI）的DRV8848雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，看看它在實(shí)際應(yīng)用中能發(fā)揮怎樣的作用。

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一、DRV8848的特性亮點(diǎn)

1. 強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力

DRV8848具備雙H橋結(jié)構(gòu)，可驅(qū)動(dòng)單/雙有刷直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。其工作電源電壓范圍為4 - 18V，能適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。每個(gè)H橋的輸出電流能力很強(qiáng)，在12V電壓下最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)2A，而且支持并行模式，并行模式下在12V時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流能達(dá)到4A，這為驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)提供了可能。

2. 低導(dǎo)通電阻與高效控制

該驅(qū)動(dòng)器的低導(dǎo)通電阻特性十分突出，在25°C時(shí)，高側(cè)（HS）和低側(cè)（LS）的導(dǎo)通電阻之和典型值為900mΩ，這有助于降低功耗，提高能源效率。同時(shí)，它采用PWM控制接口，方便與控制器電路進(jìn)行連接和控制。還具備可選的電流調(diào)節(jié)功能，采用20μs固定關(guān)斷時(shí)間的方案，能更精確地控制電機(jī)電流。

3. 節(jié)能與保護(hù)功能

DRV8848設(shè)有低電流3μA的睡眠模式，在不需要電機(jī)工作時(shí)可以進(jìn)入該模式，大大降低功耗。此外，它擁有完善的保護(hù)功能，包括VM欠壓鎖定（UVLO）、過(guò)流保護(hù)（OCP）、熱關(guān)斷（TSD）等，并且通過(guò)nFAULT引腳指示故障狀態(tài)，能有效保護(hù)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，提高系統(tǒng)的可靠性。

4. 封裝與散熱優(yōu)勢(shì)

采用熱增強(qiáng)型表面貼裝封裝，有助于更好地散熱，保證驅(qū)動(dòng)器在工作過(guò)程中能保持穩(wěn)定的性能。

二、應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

DRV8848的應(yīng)用場(chǎng)景非常豐富，常見(jiàn)于家用電器、打印機(jī)等設(shè)備中，也適用于一般的有刷和步進(jìn)電機(jī)控制。在這些應(yīng)用中，它能穩(wěn)定可靠地驅(qū)動(dòng)電機(jī)，滿(mǎn)足不同設(shè)備的需求。

三、詳細(xì)功能解析

1. 功能框圖與工作原理

從功能框圖來(lái)看，DRV8848內(nèi)部集成了兩個(gè)H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)H橋的輸出模塊由N溝道和P溝道功率MOSFET構(gòu)成全H橋結(jié)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組。通過(guò)簡(jiǎn)單的PWM接口，就能方便地與控制器進(jìn)行通信和控制。

2. 橋控制邏輯

3. 并行操作模式

兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器可以并行使用，為單個(gè)電機(jī)提供兩倍的電流。進(jìn)入并行模式時(shí)，在電源開(kāi)啟或退出睡眠模式（nSLEEP從0變?yōu)?）時(shí)，AIN1和AIN2需設(shè)置為高阻態(tài)，通過(guò)BIN1和BIN2來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器。若需要進(jìn)行電流控制，可將AISEN和BISEN連接到同一個(gè)檢測(cè)電阻上。退出并行模式時(shí)，AIN1和AIN2需設(shè)置為高電平或低電平，并且設(shè)備要重新上電或退出睡眠模式。

4. 電流調(diào)節(jié)機(jī)制

電流調(diào)節(jié)采用固定關(guān)斷時(shí)間的PWM電流調(diào)節(jié)電路。當(dāng)H橋啟用時(shí)，繞組中的電流會(huì)根據(jù)電源電壓和繞組電感以一定速率上升。當(dāng)電流達(dá)到斬波閾值時(shí)，橋會(huì)在一段時(shí)間 (t{OFF}) 內(nèi)關(guān)斷電流，然后開(kāi)始下一個(gè)PWM周期。在電流剛啟用時(shí)，xISEN引腳的電壓在一段時(shí)間 (t{BLANK}) 內(nèi)會(huì)被忽略，這段消隱時(shí)間也設(shè)定了PWM周期的最小導(dǎo)通時(shí)間。

PWM斬波電流由比較器設(shè)定，比較器將連接到xISEN引腳的電流檢測(cè)電阻兩端的電壓與參考電壓進(jìn)行比較。參考電壓由VREF引腳的電壓得出，為 (V{VREF }/ 6.6)。全量程斬波電流的計(jì)算公式為：(I{FS}=frac{V{VREF }}{6.6 × R{ISENSE }})，其中 (I{FS}) 是調(diào)節(jié)后的電流，(V{VREF}) 是VREF引腳的電壓，(R_{ISENSE}) 是檢測(cè)電阻的阻值。

5. 電流再循環(huán)與衰減模式

在PWM電流斬波過(guò)程中，H橋會(huì)驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)電機(jī)繞組，直到達(dá)到PWM電流斬波閾值。達(dá)到閾值后，驅(qū)動(dòng)電流會(huì)中斷，但由于電機(jī)的電感特性，電流會(huì)繼續(xù)流動(dòng)一段時(shí)間，這就是再循環(huán)電流。DRV8848的H橋采用混合衰減模式來(lái)處理再循環(huán)電流，混合衰減模式是快速衰減和慢速衰減模式的組合，其中快速衰減占25%，慢速衰減占75% 。

6. 保護(hù)電路

• 過(guò)流保護(hù)（OCP）：每個(gè)FET上的模擬電流限制電路通過(guò)限制柵極驅(qū)動(dòng)來(lái)限制通過(guò)FET的電流。如果這種模擬電流限制持續(xù)時(shí)間超過(guò)OCP消隱時(shí)間 (t{OCP}) ，H橋中的所有FET都會(huì)被禁用，nFAULT引腳會(huì)被拉低。設(shè)備會(huì)一直保持禁用狀態(tài)，直到重試時(shí)間 (t{RETRY }) 到來(lái)。
• 熱關(guān)斷（TSD）：如果芯片溫度超過(guò)安全限制 (T_{TSD}) ，H橋中的所有FET都會(huì)被禁用，nFAULT引腳會(huì)被拉低。當(dāng)芯片溫度下降到安全水平后，設(shè)備會(huì)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。
• 欠壓鎖定（UVLO）：當(dāng)VM引腳的電壓低于UVLO閾值時(shí)，設(shè)備中的所有電路都會(huì)被禁用，內(nèi)部邏輯會(huì)被復(fù)位。當(dāng) (V_{VM}) 上升到UVLO上升閾值以上時(shí)，設(shè)備會(huì)恢復(fù)運(yùn)行。

四、典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

1. 設(shè)計(jì)要求與參數(shù)

以一個(gè)典型應(yīng)用為例，設(shè)計(jì)參數(shù)如下：標(biāo)稱(chēng)電源電壓 (V{VM}) 為12V，電源電壓范圍是4 - 18V，電機(jī)繞組電阻 (R{L}) 為3Ω/相，電機(jī)繞組電感 (L{L}) 為330μH/相，目標(biāo)斬波電流 (I{CHOP}) 為500mA，斬波電流參考電壓 (V_{VREF}) 為3.3V。

2. 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

• 電流調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)：斬波電流 (I{CHOP}) 取決于檢測(cè)電阻值 (R{XISEN}) ，計(jì)算公式為 (I{CHOP }=frac{V{VREF }}{6.6 × R{XISEN }}) 。同時(shí)，為避免電機(jī)飽和， (I{CHOP}) 需滿(mǎn)足 (I{CHOP }(A){VM}(V)}{R{L}(Omega)+2 × R{DS(ON)}(Omega)+R_{XISEN }(Omega)}) 。