DRV8846双H桥步进电机驱动器：特性、应用与设计要点解析

在电子工程师的日常工作中，步进电机驱动器是一个常见且关键的组件。今天我们要深入探讨的是德州仪器（TI）的DRV8846双H桥步进电机驱动器，它在打印机、扫描仪、视频监控摄像头、投影仪等自动化设备中都有广泛的应用。

文件下载：drv8846.pdf

特性亮点

微步进与控制模式

DRV8846是一款PWM微步进电机驱动器，内置微步进索引器，支持高达1/32微步进，通过简单的STEP/DIR接口就能轻松与控制器电路连接。这意味着我们可以根据实际需求，通过引脚配置电机从整步到1/32步的模式，实现更精确的电机控制。比如在一些对精度要求极高的打印机应用中，1/32微步进模式就能让打印头的移动更加精准，从而提高打印质量。

多种衰减模式

它支持智能调谐、慢速衰减、快速衰减和混合衰减等多种衰减模式。智能调谐技术能够自动调整衰减设置，以最小化电流纹波，同时快速响应步进变化。在实际应用中，不同的步进电机和工作条件可能需要不同的衰减模式来减少机械噪音和振动。例如，在扫描仪应用中，选择合适的衰减模式可以降低电机运行时的噪音，提高用户体验。

可配置的PWM斩波关断时间

PWM电流斩波关断时间可以选择10μs、20μs或30μs，这为我们在不同的应用场景中提供了更多的灵活性。通过调整关断时间，我们可以更好地控制电机的电流，从而优化电机的性能。

自适应消隐时间

自适应消隐时间确保了电机的平稳步进，减少了电流波动对电机运行的影响。这在一些对电机平稳性要求较高的应用中非常重要，比如投影仪中的镜头移动控制，平稳的步进可以避免画面出现抖动。

宽工作电压范围与高电流驱动能力

DRV8846的工作电源电压范围为4 - 18V，每个H桥在25°C时能够提供高达1.4A的满量程输出电流（需要适当的散热措施）。宽电压范围使得它可以适应不同的电源环境，而高电流驱动能力则能够满足大多数步进电机的功率需求。

低功耗睡眠模式

低功耗睡眠模式通过关闭内部电路，实现了极低的静态电流消耗。我们可以使用专用的nSLEEP引脚来设置睡眠模式，在电机不需要运行时，进入睡眠模式可以节省大量的电能，这对于一些电池供电的设备尤为重要。

完善的保护功能

内部提供了VM欠压锁定（UVLO）、过流保护（OCP）、热关断（TSD）等保护功能，并通过nFAULT引脚指示故障状态。这些保护功能可以有效地保护驱动器和电机，提高系统的可靠性和稳定性。

应用场景

DRV8846适用于多种自动化设备，如打印机、扫描仪、视频监控摄像头和投影仪等。在打印机中，它可以精确控制打印头的移动，实现高质量的打印；在扫描仪中，能够保证扫描头的平稳移动，提高扫描精度；在视频监控摄像头中，可用于镜头的聚焦和变焦控制；在投影仪中，可控制镜头的移动和调节。

详细设计与使用要点

引脚配置与功能

DRV8846的引脚配置丰富，每个引脚都有其特定的功能。例如，ADEC引脚用于启用智能调谐功能，逻辑低电平时通过DEC0和DEC1引脚设置衰减模式，逻辑高电平时启用智能调谐操作；DIR引脚用于设置步进方向；nSLEEP引脚用于控制睡眠模式等。我们在设计电路时，需要根据具体的应用需求正确连接和配置这些引脚。

电流调节

电机绕组中的电流通过可调固定关断时间的PWM电流调节电路进行调节。PWM斩波电流由比较器设置，比较连接到xISEN引脚的电流感测电阻两端的电压与参考电压。参考电压可以由内部3.3V参考提供（需要将VINT连接到VREF），也可以外部提供到VREF引脚。同时，通过3位扭矩DAC和正弦查找表的输出对参考电压进行缩放。在实际设计中，我们需要根据电机的参数和应用需求，合理选择电流感测电阻和参考电压，以确保电机的正常运行。

衰减模式选择

DRV8846支持快速、慢速、混合和智能调谐四种衰减模式。在混合衰减模式下，电流再循环开始为快速衰减，但在固定时间后切换到慢速衰减模式。智能调谐模式则通过动态调整快速衰减时间，最小化电流纹波并快速适应电流步进变化。我们需要根据步进电机的特性和工作条件，选择合适的衰减模式，以减少机械噪音和振动。

保护电路

保护电路是DRV8846的重要组成部分，包括过流保护、热关断和欠压锁定。过流保护独立检测每个H桥的过流情况，当检测到过流时，所有FET将被禁用，并通过nFAULT引脚指示故障。热关断功能在芯片温度超过安全限制时，会禁用所有FET，直到温度恢复正常。欠压锁定功能在VM引脚电压低于UVLO阈值时，会禁用所有电路，直到电压恢复正常。这些保护功能可以有效地保护驱动器和电机，延长设备的使用寿命。

功能模式

DRV8846有正常工作模式、睡眠模式和故障模式。在睡眠模式下，VINT稳压器和H桥FET被禁用，以降低功耗。通过控制nSLEEP引脚的电平，可以使设备进入或退出睡眠模式。在故障模式下，nFAULT引脚会被拉低，指示故障状态。

设计流程与注意事项

设计流程

在使用DRV8846进行设计时，我们需要根据系统的需求确定设计参数，如电机的额定电压、绕组电阻、电感、步进角度、目标步进级别、目标电机速度和目标斩波电流等。然后根据这些参数计算步进频率和斩波电流，并选择合适的衰减模式和PWM关断时间。最后，根据设计要求进行电路布局和PCB设计。

注意事项

• 电源供应：DRV8846的工作电源电压范围为4 - 18V，在设计电源电路时，需要确保电源的稳定性和可靠性。同时，需要在VM引脚附近放置合适的电容进行滤波，以减少电源噪声对驱动器的影响。
• 散热设计：由于DRV8846在工作时会产生一定的热量，特别是在高电流输出时，因此需要进行合理的散热设计。可以使用散热片或其他散热措施来降低芯片的温度，确保其正常工作。
• ESD保护：该器件的内置ESD保护有限，在存储和处理过程中，需要采取措施防止静电对MOS栅极造成损坏，如将引脚短接或放置在导电泡沫中。
• 布局设计：在PCB布局时，需要遵循一定的原则。例如，将VM引脚的旁路电容尽量靠近引脚放置，以减少电感；将VINT引脚的旁路电容也尽量靠近引脚，以确保电压的稳定性。同时，需要注意引脚的排列和布线，避免信号干扰。

总结

DRV8846双H桥步进电机驱动器以其丰富的功能、高性能和完善的保护机制，为电子工程师在步进电机控制设计中提供了一个优秀的选择。通过深入了解其特性、应用场景和设计要点，我们可以更好地发挥其优势，设计出更加稳定、可靠和高效的步进电机控制系统。希望本文对各位工程师在实际设计中有所帮助，大家在使用过程中有任何问题或经验，欢迎在评论区分享交流。