DRV8426E/P：多功能电机驱动芯片的详细剖析

引言

在电机驱动领域，一款性能卓越的驱动芯片往往能为工程师们的设计带来极大的便利和优势。德州仪器（TI）的DRV8426E/P双H桥电机驱动器就是这样一款备受关注的产品。它集成了电流感应和智能调谐技术，适用于多种工业应用。本文将深入探讨DRV8426E/P的特性、应用、详细工作原理以及设计要点。

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一、产品特性亮点

（一）多电机驱动能力

DRV8426E/P是一款双H桥电机驱动器，具备驱动多种类型电机的能力。它可以驱动一台双极步进电机，也能控制两台双向有刷直流电机，甚至能驱动四台单向有刷直流电机。这种多样化的驱动能力使其在不同的电机控制场景中都能发挥作用。

（二）集成电流感应功能

该芯片集成了电流感应功能，这意味着无需额外的感测电阻。这不仅节省了电路板空间，还降低了系统成本。同时，它具有±5%的满量程电流精度，能够准确地控制电机电流。

（三）宽工作电压范围

其工作电源电压范围为4.5 - 33V，适用于多种电源环境。这一特性使得DRV8426E/P在不同的工业应用中具有很强的适应性。

（四）多控制接口选项

提供了PHASE/ENABLE (PH/EN)和PWM (IN/IN)两种控制接口选项，方便工程师根据不同的应用需求进行灵活选择。

（五）智能调谐与多种衰减模式

支持智能调谐、快速和混合衰减选项。智能调谐技术能够根据电机的运行状态自动调整衰减模式，优化电机的运行性能。

（六）低导通电阻与高电流容量

在24V、25°C的条件下，其低导通电阻 (R_{DS(ON)}) 为900 mΩ （HS + LS），每个桥具有较高的电流容量，峰值电流可达2.5A（有刷），满量程电流可达1.5A（步进）。

（七）引脚兼容性

与DRV8424E/P、DRV8436E/P和DRV8434E/P引脚兼容，方便工程师在不同产品之间进行替换和升级。

（八）可配置关断时间

支持可配置的关断时间PWM斩波，可设置为7、16、24或32 μs，满足不同的电机控制需求。

（九）多逻辑电平输入支持

支持1.8V、3.3V、5.0V逻辑输入，与多种控制器兼容。

（十）低功耗睡眠模式

具有低电流睡眠模式（2 μA），能够在不驱动电机时降低功耗，提高系统的能效。

（十一）低EMI与浪涌电流限制

采用扩频时钟技术降低电磁干扰（EMI），并在有刷直流应用中具备浪涌电流限制功能，提高了系统的稳定性和可靠性。

（十二）小封装与丰富保护功能

采用小封装和小尺寸引脚布局，节省电路板空间。同时具备多种保护功能，如VM欠压锁定（UVLO）、电荷泵欠压（CPUV）、过流保护（OCP）和热关断（OTSD），并提供故障状态输出（nFAULT）。

二、广泛的应用领域

DRV8426E/P适用于众多工业和消费领域，包括打印机和扫描仪、自动取款机（ATM）、货币计数器、销售点终端（EPOS）、办公和家庭自动化、工厂自动化和机器人、大小型家用电器以及真空、人形和玩具机器人等。

三、芯片详细描述

（一）整体架构

DRV8426E/P集成了两个N沟道功率MOSFET H桥、集成电流感应和调节电路。它使用内部电流镜架构进行电流感应，无需外部大功率分流电阻，节省了电路板面积和系统成本。

（二）电流调节

电机绕组中的电流通过可调的关断时间PWM电流调节电路进行调节。当H桥启用时，电流以取决于直流电压、绕组电感和反电动势大小的速率上升。当电流达到电流调节阈值时，桥进入衰减模式一段时间，以降低电流。关断时间结束后，桥再次启用，开始另一个PWM周期。电流调节阈值由VREFA和VREFB引脚的电压设置。

（三）衰减模式

1. 混合衰减：开始时为30% (t{OFF}) 的快速衰减，随后是剩余时间的慢速衰减。这种模式的纹波比慢速衰减大，但比快速衰减小，在电流下降步骤中能更快地稳定到新的 (I{TRIP}) 水平。
2. 快速衰减：当电流达到阈值时，H桥极性反转。这种模式的电流纹波最大，但在电流下降步骤中的过渡时间比慢速衰减快得多。
3. 智能调谐动态衰减：一种先进的电流调节控制方法，能根据电机绕组电阻和电感、电机老化效应、动态速度和负载、电机电源电压变化以及低电流和高电流dI/dt等运行因素自动调整衰减模式，在慢速、混合和快速衰减之间进行优化配置，以实现最低的电流纹波。
4. 智能调谐纹波控制：通过设置 (I{VALLEY}) 水平，当电流达到 (I{TRIP}) 时，进入慢速衰减直到达到 (I_{VALLEY}) 。这种方法能更严格地调节电流水平，提高电机效率和系统性能。

   （四）电荷泵与线性稳压器

   集成了电荷泵，为高端N沟道MOSFET提供栅极驱动电压。同时还集成了线性电压调节器，DVDD调节器可提供参考电压，最大负载为2mA。

   （五）保护电路

   具备完善的保护电路，包括VM欠压锁定（UVLO）、VCP欠压锁定（CPUV）、过流保护（OCP）和热关断（OTSD）。当出现故障时，nFAULT引脚会被拉低，以指示故障状态。

四、应用与设计要点

（一）典型应用

在典型应用中，DRV8426E/P可配置为通过H桥配置驱动两个外部负载（如两个有刷直流电机）的双向电流。H桥的极性和占空比由外部控制器通过xEN/xIN1和xPH/xIN2引脚进行控制。

（二）设计要求与步骤

1. 电流调节：通过VREF引脚设置ITRIP电流水平，计算公式为 (I{TRIP}(A) = V{REF}(V) / 2.2 (V/A)) 。可以通过连接电阻分压器从DVDD引脚到地来编程VREF电压。
2. 功率耗散与热计算：总功率耗散 (P{TOT}) 由功率MOSFET (R{DS(ON)}) （导通）损耗、功率MOSFET开关损耗和静态电源电流耗散三部分组成。需要确保器件的结温在规定的工作范围内。

   （三）电源与布局建议

3. 电源：输入电压供应（VM）范围为4.5 - 33V，每个VM引脚必须靠近器件放置一个额定为VM的0.01 μF陶瓷电容，并在VM上包含一个大容量电容。
4. 布局：VM引脚应通过一个低ESR陶瓷旁路电容（推荐值为0.01 μF，额定为VM）旁路到PGND，且该电容应尽可能靠近VM引脚放置。此外，CPL和CPH引脚之间、VM和VCP引脚之间以及DVDD引脚都需要放置合适的低ESR陶瓷电容。热PAD必须连接到系统地。

五、总结与思考

DRV8426E/P以其丰富的功能、高集成度和良好的性能，为电机驱动设计提供了一个优秀的解决方案。它在节省电路板空间、降低成本和提高系统可靠性方面具有显著优势。然而，在实际应用中，工程师们仍需要根据具体的应用需求，合理选择控制接口、衰减模式和配置参数，以充分发挥该芯片的性能。同时，在电源和布局设计方面，也需要严格遵循建议，确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用DRV8426E/P的过程中，是否也遇到过一些独特的问题或有一些特别的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。