HR8833双H桥电机驱动器：设计与应用详解

在电子工程师的日常工作中，电机驱动器的选择至关重要。今天，我们来详细了解一款名为HR8833的双H桥电机驱动器，它在玩具、打印机等机电应用中有着广泛的应用。

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1. 产品概述

HR8833是嘉兴禾润电子科技有限公司推出的一款集成电机驱动解决方案，适用于有刷直流电机或双极步进电机。它集成了两个NMOS H桥和电流调节电路，能以2.7 - 12.8V的电源电压供电，可提供高达1.5A RMS的输出电流。该产品采用16引脚TSSOP封装（带PowerPAD™）和SOP16封装。

1.1 应用领域

HR8833的应用领域十分广泛，涵盖了电池供电玩具、POS打印机、视频监控摄像头、办公自动化机器、游戏机、机器人等。这些领域对电机驱动的要求各不相同，但HR8833都能很好地满足。

1.2 产品特性

• 双H桥电流控制：能够驱动两个直流电机或一个步进电机。
• 低MOSFET导通电阻：HS + LS仅400mΩ，有助于降低功耗。
• 输出电流：TSSOP16封装每H桥可达1.5A RMS，SOP16封装每H桥为1.4A RMS，输出还可并联以实现3A RMS。
• 宽电源电压范围：2.7V - 12.8V，适应多种电源环境。
• PWM绕组电流调节/限制：可精确控制电机电流。

2. 电气特性

2.1 绝对最大额定值

在Ta = 25°C的条件下，各参数有明确的限制。例如，负载电源电压VM范围为 - 0.3 - 13V，输出电流IOUT为±1.5A，逻辑输入电压VIN为 - 0.7 - 7V等。这些参数规定了产品的使用边界，超出可能会导致器件损坏。

2.2 推荐工作条件

同样在Ta = 25°C时，负载电源电压范围为2.7 - 12.8V（步进电机），直流电机时应保持在10.8V以下；逻辑输入电压范围为0 - 5.75V；TSSOP16封装每桥连续RMS或直流输出电流为0 - 1.5A，SOP16封装为0 - 1.4A。

2.3 电气参数

在Ta = 25°C，VM = 5V的条件下，详细的电气参数给出了电源、逻辑电平输入、nFAULT输出、H桥FET、电机驱动、保护电路、电流控制和睡眠模式等方面的具体数值。例如，VM工作电源电流IVM典型值为1.7mA，VM睡眠模式电源电流IVMQ典型值为1.6μA等。

3. 功能描述

3.1 PWM电机驱动

HR8833包含两个相同的H桥电机驱动器和电流控制PWM电路。通过AIN1、AIN2、BIN1、BIN2输入引脚可以控制电机的正反转、刹车等状态。输入还可用于PWM控制电机速度，H桥在处理电机电流中断时的再循环电流有快速衰减和慢速衰减两种模式。

3.2 电流控制

电机绕组电流可通过固定频率的PWM电流调节或电流斩波来限制或控制。当电流达到斩波阈值时，桥会禁用电流，直到下一个PWM周期开始。斩波电流由比较器根据连接到xISEN引脚的电流检测电阻两端的电压与200mV参考电压比较来设置，计算公式为(I{CHOP}=frac{200 mV}{R{XSEN}})。

3.3 nSLEEP操作

将nSLEEP引脚拉低，设备进入低功耗睡眠状态。在此状态下，H桥禁用，栅极驱动电荷泵停止，内部逻辑复位，内部时钟停止。从睡眠模式返回时，电机驱动器需要一段时间（最长1ms）才能完全恢复工作。

3.4 保护电路

• 过流保护（OCP）：每个FET上的模拟电流限制电路通过限制栅极驱动来限制电流。如果模拟电流限制持续时间超过OCP消隐时间，H桥中的所有FET将被禁用，nFAULT引脚拉低。经过OCP重试周期后，驱动器将重新启用。
• 热关断（TSD）：如果管芯温度超过安全限制，H桥中的所有FET将被禁用，nFAULT引脚拉低。当温度降至安全水平时，操作自动恢复。
• 欠压锁定（UVLO）：当VM引脚电压低于欠压锁定阈值电压时，设备中的所有电路将被禁用，内部逻辑复位。当VM高于UVLO阈值时，操作恢复，欠压时nFAULT引脚拉低。

4. 应用信息

4.1 并行模式

HR8833的两个H桥可以并联，以获得单个H桥两倍的电流。内部死区时间可防止两个桥之间因时序差异而产生的交叉导通风险。

4.2 热信息

• 最大输出电流：实际操作中，电机驱动器的最大输出电流取决于管芯温度，而管芯温度又受环境温度和PCB设计的影响。
• 热保护：HR8833具有热关断功能，当管芯温度超过约150°C时，设备将被禁用，直到温度下降45°C。
• 功率耗散：功率耗散主要由输出FET电阻的直流功率决定，还有PWM开关损耗，通常占直流功率耗散的10% - 30%。单个H桥的直流功率耗散可通过公式(P{TOT }=left(H S - R{D S(O N)} cdot I{OUT(RMS )}^{2}right)+left(L S - R{D S(O N)} cdot I_{OUT(RMS )}^{2}right))估算。
• 散热：PowerPAD封装通过暴露的焊盘散热，需将其与PCB上的铜进行热连接。多层PCB可通过过孔将热焊盘连接到接地层，无内部层的PCB可在两侧增加铜面积，并使用热过孔传递热量。

4.3 布局指南

• 用额定值为10μF、适用于VM的低ESR陶瓷旁路电容将VM端子旁路到GND，电容应尽可能靠近VM引脚，并使用粗走线或接地层连接到设备GND引脚和PowerPAD。
• 用额定值为6.3V的陶瓷电容将VINT旁路到地，电容应靠近引脚放置。

5. 引脚信息

文档还给出了TSSOP16和SOP16封装的引脚列表，包括电源和接地、控制、状态和输出等引脚的详细描述和外部组件连接建议。

HR8833双H桥电机驱动器凭借其丰富的功能和良好的性能，为电子工程师在电机驱动设计中提供了一个可靠的选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择封装和工作参数，同时注意布局和散热设计，以确保设备的稳定运行。你在使用类似电机驱动器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。