探索 DRV8436E/P 双 H 桥电机驱动器：特性、应用与设计要点

引言

在电机驱动领域，一款性能出色的驱动器对于系统的稳定运行和高效性能至关重要。DRV8436E/P 双 H 桥电机驱动器凭借其丰富的特性和广泛的应用场景，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这款驱动器。

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一、DRV8436E/P 的特性亮点

（一）多电机驱动能力

DRV8436E/P 是一款双 H 桥电机驱动器，它可以驱动一台双极步进电机、两台双向有刷直流电机或者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

该驱动器集成了电流感应功能，无需外部检测电阻，不仅节省了电路板空间，还降低了系统成本。同时，它具有 ±7.5% 的满量程电流精度，能够提供较为精确的电流控制。

（三）宽工作电压范围

其工作电源电压范围为 4.5 - 48V，这使得它可以适应不同的电源环境，为各种应用提供了更大的灵活性。

（四）多种控制接口选项

提供了 PHASE/ENABLE 和 PWM 两种控制接口选项，方便工程师根据具体的应用需求选择合适的控制方式，实现与控制器电路的轻松连接。

（五）智能调谐衰减技术

具备智能调谐衰减技术，提供固定慢速、快速和混合衰减等多种衰减模式选项。其中，智能调谐衰减模式可以自动调整衰减设置，在最小化电流纹波的同时快速响应步进变化，大大简化了步进驱动器在电机驱动系统中的集成。

（六）低导通电阻和高电流容量

在 24V、25°C 的条件下，其导通电阻 (R_{DS(ON)}) 为 900 mΩ（高侧 + 低侧），每个桥的峰值电流可达 2.4A，满量程电流为 1.5A，均方根电流为 1.1A，能够满足大多数电机的驱动需求。

（七）可配置关断时间 PWM 斩波

PWM 关断时间可以配置为 7、16、24 或 32 μs，工程师可以根据实际情况进行调整，优化电机的驱动性能。

（八）低功耗睡眠模式

提供低电流睡眠模式，睡眠电流仅为 2 μA，当系统不需要驱动电机时，可以进入睡眠模式以节省功耗。

（九）低电磁干扰

采用扩频时钟技术，有效降低了电磁干扰（EMI），提高了系统的稳定性和可靠性。

（十）保护功能齐全

具备多种保护特性，如 VM 欠压锁定（UVLO）、电荷泵欠压（CPUV）、过流保护（OCP）、热关断（OTSD）和故障状态输出（nFAULT）等，能够有效地保护驱动器和电机免受损坏。

二、应用领域广泛

DRV8436E/P 适用于多种工业应用场景，包括但不限于以下几个方面：

（一）办公与家庭自动化

在打印机、扫描仪、ATM 机、货币计数器和电子销售点（EPOS）系统等设备中，DRV8436E/P 可以精确控制电机的运行，实现高效的打印、扫描和交易操作。

（二）工业自动化与机器人

在工厂自动化生产线和机器人系统中，它能够驱动电机实现精确的运动控制，提高生产效率和机器人的操作精度。

（三）家电产品

无论是大型家电还是小型家电，如智能家电中的电机控制，DRV8436E/P 都可以提供稳定可靠的驱动解决方案。

（四）安防与通信设备

在 IP 网络摄像机和视频会议设备中，它可以控制电机实现镜头的变焦和旋转等功能，为用户提供更好的视觉体验。

（五）机器人玩具

在真空机器人、人形机器人和玩具机器人中，DRV8436E/P 可以驱动机器人的关节和轮子，实现灵活的运动。

三、详细技术解析

（一）内部架构与工作原理

DRV8436E/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。其输出级由配置为两个完整 H 桥的 N 沟道功率 MOSFET 组成，还包括电荷泵调节器、电流传感和调节以及保护电路。通过集成电流感应架构，使用内部电流镜方法，利用内部功率 MOSFET 进行电流传感，消除了外部功率检测电阻的需求，减少了检测电阻上的功率损耗，降低了外部元件成本、电路板尺寸和系统功耗。

（二）控制接口与桥控制

1. DRV8436E

采用 PH/EN 接口进行控制。通过 nSLEEP、ENx 和 PHx 引脚的不同组合，可以控制 H 桥的状态，实现电机的正反转、停止等功能。例如，当 nSLEEP 为高电平，ENx 为高电平，PHx 为低电平时，电机反向转动；当 PHx 为高电平时，电机正向转动。

2. DRV8436P

采用 PWM 接口进行控制。通过 nSLEEP、xIN1 和 xIN2 引脚的不同组合，可以控制 H 桥的状态。例如，当 nSLEEP 为高电平，xIN1 为高电平，xIN2 为低电平时，电机正向转动；当 xIN1 为低电平，xIN2 为高电平时，电机反向转动。

（三）电流调节与衰减模式

1. 电流调节

电机绕组中的电流通过可调关断时间 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，桥重新启用，开始另一个 PWM 周期。PWM 斩波电流由比较器设置，该比较器监视与低端功率 MOSFET 并联的电流检测 MOSFET 两端的电压。斩波电流 (I{FS}) 可以通过公式 (I{FS}(A)=V{REFx}(V) / K{V}(V / A)=V{REFx}(V) / 2.2(V / A)) 计算，其中 (V{REFx}) 是参考电压，(K_{V}) 是跨阻增益。

2. 衰减模式

• 慢速衰减：在慢速衰减模式下，H 桥的两个低端 FET 都导通，允许电流再循环。这种模式下电流纹波最小，但在电流下降时，需要较长时间才能稳定到新的 ITRIP 水平。
• 混合衰减：混合衰减模式开始时为 30% 的 (t_{OFF}) 采用快速衰减，其余时间采用慢速衰减。这种模式的纹波比慢速衰减大，但比快速衰减小，在电流下降时能更快地稳定到新的 ITRIP 水平。
• 快速衰减：快速衰减模式下，H 桥的极性反转，当电流接近零时，H 桥将关闭以防止电流反向流动。这种模式下电流纹波最大，但在电流下降时过渡时间最快。
• 智能调谐动态衰减：这是一种先进的电流调节控制方法，它可以根据电机绕组电阻和电感、电机老化效应、电机动态速度和负载、电机电源电压变化以及低电流与高电流的 dI/dt 等操作因素自动调整衰减方案，在慢速、混合和快速衰减之间自动配置衰减模式，动态调整混合衰减中快速衰减的百分比，以实现最低的电流纹波。

  （四）保护电路

  1. VM 欠压锁定（UVLO）

  当 VM 引脚电压低于 UVLO 阈值电压时，所有输出将被禁用，nFAULT 引脚将被拉低，电荷泵也将被禁用。当 VM 欠压条件消除后，正常操作将恢复。

  2. VCP 欠压锁定（CPUV）

  当 VCP 引脚电压低于 CPUV 电压时，所有输出将被禁用，nFAULT 引脚将被拉低，但电荷泵仍保持活动状态。当 VCP 欠压条件消除后，正常操作将恢复。

  3. 过流保护（OCP）

  每个 FET 上的模拟电流限制电路通过移除栅极驱动来限制通过 FET 的电流。如果电流限制持续时间超过 (t{OCP}) 时间，该特定 H 桥中的 FET 将被禁用，nFAULT 引脚将被拉低。当 (t{RETRY}) 时间过去且故障条件消除后，正常操作将自动恢复。

  4. 热关断（OTSD）

  当芯片温度超过热关断限制（(T{OTSD})）时，H 桥中的所有 MOSFET 都将被禁用，nFAULT 引脚将被拉低。当结温降至过温阈值限制减去滞后（(T{OTSD}-T_{HYS_OTSD})）以下时，正常操作将恢复。

四、应用设计要点

（一）电源设计

DRV8436E/P 设计用于在 4.5 - 48V 的输入电压范围内工作。在每个 VM 引脚附近应尽可能靠近设备放置一个额定电压为 VM 的 0.01 - μF 陶瓷电容，以减少电压波动。此外，还需要在 VM 上添加一个大容量电容，以提供足够的能量存储。大容量电容的选择需要考虑电机系统所需的最大电流、电源的电容和电流供应能力、电源与电机系统之间的寄生电感、可接受的电压纹波、电机类型和电机制动方法等因素。一般来说，大容量电容的电压额定值应高于工作电压，以提供一定的余量。

（二）布局设计

1. 旁路电容

VM 引脚应使用额定电压为 VM 的低 ESR 陶瓷旁路电容（推荐值为 0.01 μF）旁路到 GND，该电容应尽可能靠近 VM 引脚，并使用粗走线或接地平面连接到设备的 GND 引脚。此外，DVDD 引脚也应使用低 ESR 陶瓷电容（推荐值为 0.47 μF，额定电压为 6.3V）旁路到地。

2. 电荷泵电容

CPL 和 CPH 引脚之间应放置一个额定电压为 VM 的 0.022 μF 低 ESR 陶瓷电容，VM 和 VCP 引脚之间应放置一个额定电压为 16V 的 0.22 μF 低 ESR 陶瓷电容，且这些电容应尽可能靠近引脚放置。

3. 热焊盘

热焊盘必须连接到系统地，以帮助散热，提高器件的可靠性。

（三）外部组件选择

根据数据手册的推荐，选择合适的外部组件，如与 VREF 引脚连接的电阻分压器，以设置斩波电流；nFAULT 引脚应通过一个大于 4.7 - kΩ 的电阻上拉到 5V 或 3.3V 电源；为电荷泵和线性电压调节器选择合适的电容等。

五、总结

DRV8436E/P 双 H 桥电机驱动器以其丰富的特性、广泛的应用场景和完善的保护功能，为电机驱动系统提供了一个可靠的解决方案。在设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择控制接口、衰减模式和外部组件，同时注意电源设计和布局设计，以充分发挥该驱动器的性能优势。你在使用电机驱动器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。