DRV8860/DRV8860A：8通道低侧驱动器的技术剖析与应用指南

引言

在电子设备的驱动控制领域，对于多通道、高性能的低侧驱动器需求日益增长。德州仪器（TI）推出的DRV8860和DRV8860A 8通道低侧驱动器，以其丰富的功能和出色的性能，成为了众多应用场景中的理想选择。本文将深入剖析DRV8860/DRV8860A的技术特点、工作模式、编程方法以及实际应用中的要点，为电子工程师们提供全面的设计参考。

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产品概述

DRV8860是一款集成了过流保护和开路/短路检测功能的8通道低侧驱动器。它内置二极管，可有效钳位感性负载产生的关断瞬变，适用于驱动单极步进电机、直流电机、继电器、螺线管等多种负载。DRV8860A与DRV8860的主要区别在于，DRV8860A不具备开路负载检测功能。

产品特性亮点

1. 多通道保护与驱动能力：拥有8个带过流保护的NMOS FET通道，集成了感性续流二极管，支持单通道最大560 mA的连续输出电流，8通道同时开启时，PW封装可达200 mA，PWP封装可达330 mA，还支持并行配置。
2. 宽电源电压范围：工作电源电压范围为8 V至38 V，能适应多种不同的电源环境。
3. 数字噪声滤波与数据回读：具备输入数字噪声滤波器，可增强抗干扰能力；支持内部数据回读，便于实现可靠控制。
4. 全面的保护与诊断功能：提供过流保护（OCP）、开路负载检测（OL，仅DRV8860）、过温关断（OTS）、欠压锁定（UVLO）等功能，还能报告各通道状态和故障报警。

应用场景广泛

这款驱动器适用于多种应用场景，如继电器、单极步进电机、螺线管、电磁驱动器等的驱动，以及一般的低侧开关应用。此外，DRV8860A还可用于带调光功能的LED驱动器。

产品详细解析

引脚配置与功能

DRV8860/DRV8860A有PW（TSSOP）和PWP（HTSSOP）两种封装形式，不同引脚对应着不同的功能。例如，VM引脚用于连接电机电源，需通过0.1 μF陶瓷电容和10 μF电解电容旁路至GND；ENABLE引脚为输出级使能控制输入，高电平使能输出，低电平禁用输出；LATCH、CLK、DIN等引脚用于实现串行通信，通过它们可以控制输出驱动器、配置内部设置寄存器和读取各通道的故障状态。

性能参数与特性

1. 绝对最大额定值与推荐工作条件：明确了器件在不同参数下的最大额定值，如电源电压范围为 -0.3 V至40 V等；同时给出了推荐的工作条件，如电机电源电压范围为8 V至38 V，低侧驱动器电流能力最大为560 mA等。
2. 热性能指标：不同封装的热阻等指标不同，PWP封装通过PowerPAD™ 提供了更好的散热能力，能驱动更高的输出电流或在略低的温度下工作。
3. 电气特性：包括电源电流、欠压锁定电压、输入输出电平、FET导通电阻、二极管正向电压等参数，这些参数对于电路设计和器件选型至关重要。
4. 时序要求：规定了如下降时间、过流保护去毛刺时间、开路负载检测去毛刺时间等时序参数，以及串行接口的时序要求，确保了器件在通信过程中的稳定性和准确性。

功能模块与工作模式

1. 功能模块：从功能框图可以看出，它由电源、栅极驱动、保护电路、核心逻辑等多个模块组成。各模块协同工作，实现了对输出的精确控制和对器件的全面保护。
2. 工作模式
   • 内部寄存器控制：通过简单的串行接口控制，包含数据寄存器、控制寄存器和故障寄存器三个寄存器组。数据寄存器用于控制八个输出的状态；控制寄存器用于调整输出的通电时间和PWM占空比；故障寄存器用于指示各通道的故障状态。
   • 通电和PWM控制：输出分为通电阶段和PWM阶段。通电阶段，通道以100%占空比开启，持续时间由控制寄存器的C4:C1位设置；PWM斩波阶段，占空比由控制寄存器的C7:C5位定义。根据控制寄存器的不同设置，可实现多种不同的工作情况。

编程与控制

DRV8860采用菊花链串行接口进行编程和控制。

1. 数据读写操作：数据在LATCH引脚的上升沿锁存到寄存器中，写操作时在CLK的上升沿将数据时钟输入，读操作时在CLK的下降沿将数据时钟输出。通过特定的波形可以实现数据寄存器、控制寄存器和故障寄存器的读写操作。
2. 特殊命令：除了基本的输出控制和故障状态读取，还提供了5种特殊命令，如写控制寄存器命令、读控制寄存器命令、读数据寄存器命令、故障寄存器复位命令和PWM启动命令。这些特殊命令通过CLK和LATCH引脚的特定波形模式来触发，为系统的灵活配置和故障处理提供了强大的支持。

应用设计要点

典型应用电路

以一个常见的应用电路为例，输入电压范围为8 V至38 V，每通道电流可达330 mA。在设计时，需要注意VM引脚的旁路电容设置，将0.1 μF陶瓷电容和10 μF电解电容尽可能靠近VM引脚放置，以减少电源噪声对器件的影响。

电源设计

DRV8860的电源输入电压范围为8 V至38 V，除了在VM引脚附近放置0.1 μF陶瓷电容外，还需要根据应用需求选择合适的大容量电容。大容量电容的选型需要考虑电源类型、可接受的电源电压纹波、电源布线中的寄生电感、负载类型和负载启动电流等多种因素，以确保系统在不同工况下都能稳定运行。此外，上电顺序没有特殊要求，数字输入信号可以在VM电源施加之前存在。

布局设计

1. 布局准则：VM引脚需使用低ESR陶瓷旁路电容（推荐值为0.1 μF，额定电压为VM）旁路至GND，并将其尽可能靠近器件的VM引脚，同时用厚走线或接地平面连接到器件的GND引脚。此外，还需使用合适的大容量电容旁路VM引脚至地，并将其靠近DRV8860放置。
2. 散热考虑：当芯片结温超过约150°C时，器件会进入热关断状态，直到温度降至安全水平。为了避免频繁进入热关断，需要合理设计散热方案。功率耗散主要集中在输出FET的导通电阻上，可通过公式 (P{D}=R{DS(on)} × I_{O}^{2}) 计算单通道的平均功率耗散。PWP封装通过暴露的散热垫将热量传递到PCB上的铜层，可通过增加过孔将散热垫连接到接地平面来提高散热效率。在没有内部平面的PCB上，也可以在PCB的两侧添加铜区域来散热，并使用热过孔将热量在上下层之间传递。

总结

DRV8860/DRV8860A 8通道低侧驱动器凭借其多通道驱动能力、全面的保护功能、灵活的编程控制和良好的散热设计，为电子工程师在驱动控制领域提供了一个强大而可靠的解决方案。在实际应用中，工程师们需要根据具体的设计需求，合理选择封装形式、配置寄存器参数、设计电源和布局电路，以充分发挥该器件的性能优势，实现高效、稳定的驱动控制。你在使用DRV8860/DRV8860A的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。