DRV8873 H桥电机驱动器：特性、应用与设计要点解析

在工业应用的电机驱动领域，德州仪器（TI）的DRV8873 H桥电机驱动器凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为众多工程师的理想之选。今天，我们就来深入探讨DRV8873的各项特性、应用场景以及设计过程中的关键要点。

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一、DRV8873概述

DRV8873是一款专为工业有刷直流电机驱动而设计的集成式驱动器IC。它具备4.5 - 38V的宽工作电压范围，能够提供高达10A的峰值电流驱动，且在不同温度下具有较低的导通电阻（RDS(ON)）。该器件集成了电流镜用于输出电流感测，拥有可配置的控制接口，支持多种逻辑输入，还具备SPI或硬件接口选项，同时提供低功耗睡眠模式，封装小巧，并且具备丰富的保护功能。

二、关键特性剖析

（一）驱动能力与性能

• 宽电压范围：4.5 - 38V的工作电压范围，使得DRV8873能够适应多种不同的电源环境，为不同电压需求的电机提供稳定的驱动。
• 高电流驱动：10A的峰值电流驱动能力，可满足大多数工业有刷直流电机在启动和运行过程中的高电流需求。
• 低导通电阻：在不同温度下，其高低侧的RDS(ON)较低。例如在TJ = 25°C、13.5V时为150mΩ，TJ = 150°C、13.5V时为250mΩ，这有助于降低功率损耗，提高驱动效率。

（二）控制与接口

• 可配置控制接口：支持PH/EN、PWM（IN1/IN2）和独立半桥控制三种模式，可根据不同的应用需求灵活配置，满足多样化的控制要求。
• 多逻辑输入支持：支持1.8V、3.3V、5V逻辑输入，方便与各种微控制器或逻辑电路进行接口。
• SPI或硬件接口选项：SPI接口可通过4线同步通信对设备进行配置和状态读取，减少引脚数量；硬件接口则可实现简单的配置，适用于对控制要求不高的场景。

（三）保护功能

• 电源欠压锁定（UVLO）：当VM电压低于设定值时，所有输出将被禁用，nFAULT引脚拉低，保护设备免受欠压影响。
• 电荷泵欠压（CPUV）：检测电荷泵电压，当电压不足时，输出禁用，nFAULT引脚拉低，可通过配置位选择是否启用该保护。
• 过流保护（OCP）：当电流超过设定的OCP限值且持续时间超过t(OCP)时，半桥中的所有FET将被禁用，nFAULT引脚拉低。OCP有四种工作模式，可根据实际需求选择。
• 输出短路保护：能有效保护输出免受短路到电池和短路到地的影响。
• 开路负载检测（OLD）：检测电机是否断开连接，检测到开路负载时，nFAULT引脚拉低，可在待机和活动模式下进行检测。
• 热关断（TSD）：当芯片温度超过热关断阈值时，半桥禁用，nFAULT引脚拉低，该保护功能不可禁用。

三、应用场景

DRV8873的应用场景十分广泛，涵盖了多个领域：

• 金融设备：如电子销售点终端（ePOS）和货币计数器、自动取款机（ATM）等，可用于驱动电机实现纸币传输、卡读写等功能。
• 办公设备：多功能打印机和激光打印机中，可驱动进纸电机、硒鼓电机等，确保打印过程的稳定运行。
• 工业自动化：在工厂自动化和机器人领域，可用于驱动各种执行器和关节电机，实现精确的运动控制。
• 智能家居：如电动百叶窗、可调节书桌和床等，为智能家居设备提供可靠的电机驱动。

四、设计要点

（一）电源设计

• 电压范围：DRV8873的VM工作电压范围为4.5 - 38V，设计时需根据电机的额定电压选择合适的电源。同时，要注意电源的稳定性，避免电压波动对设备造成影响。
• 电容配置：在VM引脚附近需放置0.1μF的陶瓷电容进行旁路，以滤除高频噪声。此外，还需根据实际应用情况选择合适的大容量电容，以满足电机启动和运行时的大电流需求。

（二）电流感测与调节

• 电流镜应用：IPROPI引脚输出与H桥中电流成正比的模拟电流，可通过外部电阻将其转换为电压进行监测。选择外部电阻时，需确保IPROPI引脚电压小于5V，以保证测量的准确性。
• 电流调节：可通过SPI或硬件方式设置电流调节阈值（ITRIP）和PWM关断时间（TOFF），以实现对电机电流的精确控制。

（三）控制接口配置

• 控制模式选择：根据实际应用需求，选择合适的控制模式，如PH/EN、PWM或独立半桥控制。在硬件版本中，可通过MODE引脚进行设置；在SPI版本中，可通过写入MODE寄存器进行配置。
• 逻辑输入兼容性：确保逻辑输入信号的电压与DRV8873的逻辑电平兼容，以保证控制信号的正确传输。

（四）布局设计

• 电容放置：旁路电容应尽可能靠近VM、DVDD、VCP等引脚，以减少寄生电感和电阻的影响。
• 布线优化：高电流路径的布线应尽量短而宽，以降低电阻和电感，减少功率损耗和电磁干扰。同时，要注意信号线路与功率线路的隔离，避免相互干扰。

五、总结

DRV8873 H桥电机驱动器以其出色的性能、丰富的功能和可靠的保护机制，为工业有刷直流电机驱动提供了一个优秀的解决方案。在设计过程中，工程师们需要充分考虑电源设计、电流感测与调节、控制接口配置以及布局设计等关键要点，以确保设备的稳定运行和性能优化。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地了解和应用DRV8873，在实际项目中取得理想的效果。大家在使用DRV8873的过程中，有没有遇到过一些独特的问题或者有什么好的经验分享呢？欢迎在评论区留言讨论。