汽车级3.6A有刷直流电机驱动芯片DRV8872-Q1：设计与应用全解析

在汽车电子领域，电机驱动芯片的性能和稳定性直接影响着整个系统的运行。今天我们要深入探讨的是德州仪器（TI）推出的DRV8872 - Q1，一款专为汽车应用打造的有刷直流（BDC）电机驱动芯片。

文件下载：drv8872-q1.pdf

一、芯片特性亮点

汽车级认证

DRV8872 - Q1通过了AEC - Q100认证，适用于汽车应用。其工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，具备良好的抗静电能力，人体模型（HBM）静电放电等级为2级，充电器件模型（CDM）静电放电等级为C4B。

强大驱动能力

作为H桥电机驱动器，它能够驱动一个直流电机、步进电机的一个绕组或其他负载。工作电压范围宽，从6.8V到45V，典型的 (R_{DS(on)}) （高侧 + 低侧）为565mΩ，可提供3.6A的峰值电流驱动。

灵活控制与模式

采用PWM控制接口，还集成了电流调节功能，能够有效限制电流，降低系统功耗和所需的电容值。具备低功耗睡眠模式，可在不工作时降低能耗。而且设有故障状态输出引脚（nFAULT），方便系统监测故障。

小封装大作用

采用8引脚HSOP封装，带有PowerPAD™，尺寸仅为4.9×6mm，节省了电路板空间。

全面保护机制

芯片集成了多种保护功能，如VM欠压锁定（UVLO）、过流保护（OCP）、热关断（TSD）、故障报告（nFAULT）以及自动故障恢复功能，确保芯片在各种异常情况下的安全性和可靠性。

二、应用场景广泛

DRV8872 - Q1在汽车信息娱乐系统、HUD投影仪调整、电动换挡旋钮、压电喇叭驱动等领域都有出色的应用表现，为汽车的智能化和舒适性提供了有力支持。

三、芯片详细解读

工作原理

芯片通过两个逻辑输入（IN1和IN2）控制由四个N沟道MOSFET组成的H桥驱动器，实现对电机的双向控制。可通过脉宽调制（PWM）控制电机速度，根据不同的电流衰减模式选择合适的控制方式。当两个输入都为低电平时，芯片进入低功耗睡眠模式。

电流调节

基于内部参考电压和ISEN引脚的电压（与电机电流成正比）实现集成电流调节，可通过公式 (I{TRIP }(A)=frac{V{TRIP }(V)}{R{ISEN }(Omega)}=frac{0.35( V)}{R{ISEN }(Omega)}) 计算限流值。当达到限流值时，芯片会使两个低侧FET导通，实现缓慢电流衰减。

保护电路

• VM欠压锁定（UVLO）：当VM引脚电压低于阈值时，H桥中的所有FET都将被禁用，直到VM电压上升到阈值以上才恢复工作。
• 过流保护（OCP）：如果输出电流超过OCP阈值 (I{OCP}) 且持续时间超过 (t{OCP}) ，则H桥中的所有FET将被禁用一段时间 (t_{RETRY}) ，之后根据INx引脚的状态重新启用H桥。
• 热关断（TSD）：当芯片管芯温度超过安全限制时，H桥中的所有FET都将被禁用，直到温度降至安全水平后自动恢复工作。

功能模式

• 带电流调节的PWM模式：充分利用芯片的各项功能，通过设置 (I_{TRIP}) 电流来控制电机的速度和电流，通常在空闲时间使用制动和慢衰减模式。
• 无电流调节的PWM模式：将ISEN引脚直接连接到PCB接地层，可提供高达3.6A的峰值电流，但需注意避免过流和过热保护触发。
• 带电流调节的静态输入模式：将IN1和IN2引脚设置为高电平或低电平以实现100%占空比驱动，通过 (I_{TRIP}) 控制电机的电流、速度和扭矩。
• VM控制模式：在某些系统中，通过改变VM电压来改变电机速度。

四、设计与应用要点

典型应用

一个典型的DRV8872 - Q1应用电路包括电机、电源、控制器等部分。在设计时，需要注意合理选择电机电压、驱动电流和检测电阻等参数。

电源推荐

适当的本地大容量电容对于电机驱动系统设计至关重要。电容的选择需要考虑电机系统所需的最大电流、电源的电容和供电能力、电源与电机系统之间的寄生电感、可接受的电压纹波、电机类型和制动方法等因素。

布局设计

• 大容量电容应尽量靠近电机驱动芯片，以减小高电流路径的距离，连接的金属走线应尽可能宽，并使用多个过孔连接PCB层，以降低电感。
• 小容量电容应采用陶瓷电容，并靠近芯片引脚放置。
• 高电流输出引脚应使用宽金属走线。
• 芯片的散热焊盘应焊接到PCB顶层接地平面，并使用多个过孔连接到底层大接地平面，以帮助散热。

散热考虑

芯片具有热关断（TSD）功能，当管芯温度超过约175°C时，芯片将被禁用，直到温度降至滞后温度以下。为避免芯片进入TSD状态，需要注意控制功率耗散、确保足够的散热措施和合适的环境温度。

五、文档与支持

德州仪器为DRV8872 - Q1提供了丰富的文档支持，包括相关应用报告和技术文档。用户可以通过ti.com网站注册接收文档更新通知，还可以在TI E2E™在线社区与其他工程师交流经验、解决问题。

DRV8872 - Q1以其出色的性能、全面的保护功能和灵活的应用模式，为汽车电子领域的电机驱动设计提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，工程师们需要根据具体的需求和系统要求，合理设计电路和布局，以充分发挥芯片的优势。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。