DRV8848双H桥电机驱动器：特性、应用与设计要点

在电机驱动领域，一款性能出色的驱动器能为设计带来诸多便利。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）的DRV8848双H桥电机驱动器，它在家庭电器和其他机电一体化应用中有着广泛的应用。

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1. 产品特性

1.1 驱动能力

DRV8848是一款双H桥电机驱动器，可用于驱动单个或双直流有刷电机、步进电机。每个H桥输出电流能力较强，在12V、环境温度 (T{A}=25^{circ} C) 时，最大驱动电流可达2A。而且，它支持并行模式，在此模式下，12V、 (T{A}=25^{circ} C) 时最大驱动电流能达到4A。这使得它能满足不同功率电机的驱动需求。

1.2 控制接口与电流调节

采用PWM控制接口，方便与控制器电路进行连接。同时，具备可选的电流调节功能，采用20 - μs固定关断时间方案。通过这种方式，可以有效控制电机绕组的电流，比如在直流有刷电机中，能限制电机的堵转电流（也是启动电流）。

1.3 工作电压与低功耗模式

工作电源电压范围为4 - 18V，具有较宽的电压适应性。还有低电流3 - μA的睡眠模式，通过专用的nSLEEP引脚设置，能在不驱动电机时为系统节省大量电能。

1.4 保护特性

该驱动器具备多种保护功能，包括VM欠压锁定（UVLO）、过流保护（OCP）、热关断（TSD）以及故障状态指示引脚（nFAULT）。这些保护功能能有效保护驱动器和电机，提高系统的可靠性。

2. 应用领域

DRV8848适用于多种应用场景，比如各类电器，可用于驱动一般的有刷和步进电机；在打印机中，也能发挥其出色的驱动性能。

3. 详细描述

3.1 整体架构

DRV8848集成了两个H桥，采用NMOS低侧驱动器和PMOS高侧驱动器以及电流感测调节电路。它能通过4 - 18V的电源供电，可为电机提供1 - A rms的输出电流。

3.2 功能模块

• PWM电机驱动器：包含两个相同的H桥电机驱动器和电流控制PWM电路。
• 桥控制：通过xIN1和xIN2输入逻辑来控制电机的运行状态，如正转、反转、制动和滑行等。需要注意的是，AIN1和AIN2为三电平输入，当它们处于高阻态时，输出驱动器会保持之前的状态。
• 并行操作：两个驱动器可并行使用，为单个电机提供两倍的电流。进入并行模式时，AIN1和AIN2在上电或退出睡眠模式时需保持高阻态，由BIN1和BIN2控制驱动器。若需要电流控制，可将AISEN和BISEN连接到单个感测电阻上。
• 电流调节：通过固定关断时间的PWM电流调节电路来调节电机绕组的电流。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。参考电压由VREF引脚的电压得出，计算公式为 (V_{VREF }/ 6.6) 。若不需要电流控制，xISEN引脚可直接接地，此时VREF应连接到VINT。
• 电流再循环和衰减模式：在PWM电流斩波期间，H桥工作在混合衰减模式，即快速衰减和慢速衰减的组合。混合衰减比例为25%快速衰减和75%慢速衰减。
• 保护电路：
  • 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通过FET的电流。若模拟电流限制持续时间超过OCP去毛刺时间 (t_{OCP}) ，H桥中的所有FET将被禁用，nFAULT引脚被拉低。
  • TSD：若芯片温度超过安全限制 (T_{TSD}) ，H桥中的所有FET将被禁用，nFAULT引脚被拉低。芯片温度降至安全水平后，自动恢复工作。
  • UVLO：若VM引脚电压低于 (UVLO) ，设备中的所有电路将被禁用，所有内部逻辑将被复位。当 (V_{VM}) 高于UVLO上升阈值时，恢复工作。

3.3 功能模式

DRV8848在nSLEEP引脚为高电平时处于工作状态，为低电平时进入睡眠模式。在睡眠模式下，VINT调节器和H桥FET被禁用。当 (V_{VM}) 低于VM UVLO阈值时，输出驱动器、内部逻辑和VINT调节器将被复位。

4. 应用与设计

4.1 设计要求

在设计时，需要考虑一些参数，如标称电源电压、电源电压范围、电机绕组电阻、电感、目标斩波电流和斩波电流参考电压等。

4.2 详细设计步骤

以电流调节为例，斩波电流 (I{CHOP}) 是通过任一绕组的最大电流，它取决于感测电阻值 (R{XISEN}) ，计算公式为 (I{CHOP }=frac{V{VREF }}{6.6 × R{XISEN }}) 。同时， (I{CHOP}) 还需满足 (I{CHOP }(A){VM }(V)}{R{L }(Omega)+2 × R{DS(ON) }(Omega)+R_{XISEN }(Omega)}) ，以避免电机饱和。

5. 电源与布局建议

5.1 电源建议

DRV8848设计用于4 - 18V的输入电压电源。应在靠近DRV8848的地方放置一个0.1μF的VM额定陶瓷电容，同时在VM上至少添加一个10μF的大容量电容。大容量电容的大小需要根据多种因素确定，如电源类型、可接受的电源电压纹波、电源布线中的寄生电感、电机类型、电机启动电流和制动方法等。

5.2 布局指南

• VM端子应使用低ESR的陶瓷旁路电容（推荐值为10μF，VM额定）旁路到GND，并尽可能靠近VM引脚，通过粗走线或接地平面连接到设备GND引脚。
• VINT应使用6.3V额定的陶瓷电容旁路到地，并尽可能靠近引脚放置。

6. 总结

DRV8848双H桥电机驱动器凭借其出色的驱动能力、灵活的控制方式、完善的保护功能以及低功耗特性，在电机驱动应用中具有很大的优势。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择参数和布局，以充分发挥其性能。你在使用类似电机驱动器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。