DRV8801-Q1 DMOS全桥电机驱动器

特征

•适合汽车应用

•AEC-Q100符合以下结果：

–设备温度等级1:TA=–40oC至125oC

–设备HBM ESD等级H2

–设备CDM ESD分级C4

•低RDS（on）输出（0.83ΩHS+LS典型值）

•低功耗睡眠模式

•支持100%PWM

•8–38 V工作电源电压范围

•热增强表面贴装组件

•可配置过电流限制

•保护功能

–VBB欠压锁定（UVLO）

–过电流保护（OCP）

–电源短路保护

–对地短路保护

–过热警告（OTW）

–超温停机（OTS）

–引脚上显示的过电流和过热故障条件（nFAULT）

应用

•汽车车身系统

•门锁

•HVAC致动器

•压电警报

说明

DRV8801-Q1提供了一个全H桥驱动的通用电源驱动解决方案。该装置可以驱动一个有刷直流电机或步进电机的一个绕组，以及其他装置，如螺线管。一个简单的相/使能接口可以方便地连接到控制器电路。

输出级使用配置为½-H桥的N沟道功率mosfet。DRV8801-Q1的峰值输出电流高达±2.8A，工作电压高达38V。内部电荷泵产生所需的栅极驱动电压。

提供了一种低功耗休眠模式，该模式关闭内部电路以实现非常低的静态电流消耗。此睡眠模式可使用专用nSLEEP引脚设置。

提供内部保护功能：欠压闭锁、过流保护、对电源短路保护、对地短路保护、超温报警、超温停机。过电流（包括对地短路和对电源短路）和过热故障条件通过nFAULT引脚指示。

DRV8801-Q1封装在16针QFN封装中，带有外露的散热垫，提供增强的散热效果。

设备信息

（1）、有关所有可用的软件包，请参阅数据表末尾的医嘱内容附录。

简化示意图

典型特征

详细说明

概述

DRV8801-Q1是一种用于有刷直流电机的集成电机驱动器解决方案。该装置集成了DMOS H桥和电流检测和保护电路。该器件可以用8到38V的电源电压供电，并且能够提供高达2.8A峰值的输出电流。

一个简单的相位使能接口允许控制电机的速度和方向。

系统控制器提供分流放大器输出，用于精确测量电流。VPROPI引脚输出的电压是感应引脚电压的5倍。

包括低功耗休眠模式，允许系统在不驱动电机时节省电力。

功能框图

特性描述

电力主管

当DRV8801-Q1设备不使用时，控制输入nSLEEP用于最小化功耗。nSLEEP输入禁用了许多内部电路，包括内部电压轨和电荷泵。nSLEEP被断言为逻辑低。此输入引脚上的逻辑高导致正常操作。当从低切换到高时，用户应在应用PWM信号之前允许1毫秒的延迟。充油泵需要这段时间才能稳定下来。

桥梁控制

表1显示了DRV8801-Q1的逻辑：

为了防止快速衰减同步整流过程中的电流反向，当电流接近0 A时，输出将进入高阻抗状态。

上述逻辑表中每个状态的电流路径如图6所示。

模式1

输入模式1用于在快速衰减模式和慢速衰减模式之间切换。逻辑高使设备处于慢衰减模式。

模式2

模式2用于选择在慢衰变再循环期间使用哪一组驱动器（高压侧与低压侧）。只有当模式1被断言为高时，模式2才有意义。模式2的逻辑高电平通过高压侧驱动器进行电流再循环。逻辑低电平通过低压侧驱动器进行电流再循环。

同步整流快速衰减

这种衰变模式相当于驱动场效应晶体管（图6中的2）对面的场效应晶体管（FET）发生相变。在快速衰减时，不允许电机电流为负，因为这会导致方向改变。相反，当电流接近零时，驱动器就会关闭。有关计算功率的公式，请参见功耗部分。

同步整流慢衰减（制动模式）

在慢衰减模式下，低压侧和高压侧驱动器都会打开，允许电流通过H桥和负载的低压侧和高压侧主体二极管循环（图6中的3和4）。有关计算高侧和低侧慢衰变功率的公式，请参见功耗部分。

充电泵

电荷泵用于产生高于VBB的电源，以驱动源端DMOS门。CP1和CP2之间应连接一个0.1-μF陶瓷单片电容器，以便于泵送。在VCP和VBB之间连接一个0.1μF的陶瓷单片电容器，作为储能器来运行高侧DMOS器件。

感官

低值电阻器可放置在感测引脚和接地之间，用于电流感应。为了使感测输出电流电平时的接地痕迹IR降最小，电流感应电阻器应该有一个独立的接地回路连接到星形接地点。这个轨迹应该尽可能短。对于低值感测电阻，PCB中的IR下降可能非常显著，应予以考虑。

要设置手动过电流跳闸阈值，在检测引脚和GND之间放置一个电阻器。当感应引脚上升到500毫伏以上时，H桥输出被禁用（hi-Z）。设备自动重试一段时间t（OCP）。

过电流跳闸阈值可使用方程式1计算。

选择的过电流跳闸等级不能大于I（OCP）。

VPROPI

VPROPI输出约等于感应引脚上电压的五倍。VPROPI只有在有一个电阻器连接到检测管脚时才有意义。如果感应管脚接地，VPROPI测量0 V。还要注意，在慢衰减（制动）过程中，VPROPI测量值为0 V。VPROPI可输出最大2.5 V，因为在500 mV的感应电压下，H桥被禁用。

保护电路

DRV8801-Q1设备可完全防止VBB欠压、过电流和过热事件。

VBB欠压锁定（UVLO）

如果在任何时候VBB引脚上的电压低于欠压锁定阈值电压，则Hbridge中的所有FET都将被禁用，电荷泵也将被禁用。nFAULT引脚不报告UVLO故障情况，并保持hi-Z。当VBB上升到UVLO阈值以上时，操作恢复。

过流保护（OCP）

监控流经高压侧和低压侧驱动器的电流，以确保电机导线没有对电源或接地短路。如果检测到短路，H桥中的所有FET将被禁用，nFAULT被驱动为低电平，并且t（OCP）故障计时器启动。在这段时间t（OCP）之后，允许设备遵循输入命令，并尝试另一个开启（在此尝试期间nFAULT释放）。如果仍有故障，则循环重复。如果t（OCP）失效后短路状态不存在，则恢复正常运行并解除nFAULT。

超温警告（OTW）

如果模具温度升高超过热警告阈值，则nFAULT引脚驱动低。当模具温度降至滞后水平以下时，nFAULT引脚被释放。如果模具温度继续升高，设备将进入超温关机（OTS）部分所述的过热关机。

超温停机（OTS）

如果模具温度超过热关机温度，则H桥中的所有FET将被禁用，电荷泵将关闭。在此故障情况下，nFAULT引脚保持拉低状态。当模具温度降至滞后阈值以下时，操作自动恢复。

热关机（TSD）

芯片上集成了两个模具温度监测器。当模具温度上升到最大值时，在160°C时会触发一个热警告信号。此故障会导致nFAULT low（低故障），但不会禁用芯片的操作。如果模具温度进一步升高至约175°C，全桥输出将被禁用，直到内部温度降至低于15°C的滞后。

设备功能模式

除非nSLEEP引脚逻辑低，否则DRV8801-Q1设备处于活动状态。在休眠模式下，电荷泵被禁用，H桥场效应晶体管被禁用hi-Z。如果nSLEEP逻辑高，DRV8801-Q1设备将自动退出休眠模式。

应用与实施

注意

以下应用章节中的信息不是TI组件规范的一部分，TI不保证其准确性或完整性。TI的客户负责确定组件的适用性。客户应验证和测试其设计实现，以确认系统功能。

申请信息

DRV8801-Q1设备用于中压有刷直流电机控制应用。

典型应用

设计要求

对于本设计示例，使用表3中列出的参数作为输入参数。

详细设计程序

电机电压

使用的电机电压取决于所选电机的额定值和所需的转速。更高的电压使刷直流电机的旋转速度更快，同样的脉宽调制占空比应用于功率场效应晶体管。更高的电压也会增加通过感应电动机绕组的电流变化率。

功耗

DRV8801-Q1的功耗是RMS电机电流和每个输出的FET电阻（RDS（ON））的函数。

在本例中，环境温度为35℃，结温达到65℃。在65℃时，RDS（ON）之和约为1Ω。如果电机电流为0.8 A，以热量形式耗散的功率将为0.8 A2x 1Ω=0.64 W。

DRV8801-Q1达到的温度取决于对空气和PCB的热阻。重要的是要将设备热垫焊接到PCB接地板上，并在顶部和底部板层上通孔，以将热量散失到PCB中并降低设备温度。在这里使用的示例中，DRV8801-Q1的有效热阻RθJA为47°C/W，并且：

电机电流跳闸点

当引脚感应电压超过VTRIP（0.5 V）时，检测到过电流。RSENSE电阻器的大小应能设置所需的ITRIP电平。

将ITRIP设置为2.5 A，RSENSE=0.5 V/2.5 A=0.2Ω。

为防止误跳闸，ITRIP必须高于正常工作电流。启动过程中的电机电流通常比稳态旋转大得多，因为初始负载转矩更高，并且没有反电动势会导致电机绕组上产生更高的电压和额外的电流。

通过在DRV8801-Q1输出上使用串联电感器来限制启动电流是有益的，因为这样可以降低ITRIP，并可能降低系统所需的体积电容。启动电流也可以通过增加正向驱动占空比来限制。

感测电阻选择

为了获得最佳性能，感测电阻器必须：

•表面安装

•低电感

•额定功率足够高

•靠近电机驱动器

驱动电流

这个电流路径是通过高侧源DMOS驱动器，电机绕组，和低侧下沉DMOS驱动器。功耗I2R在一个源和一个接收器DMOS驱动器中损失，如等式5所示。

应用曲线

电源建议

本体电容

具有合适的局部体积电容是电机驱动系统设计的一个重要因素。一般来说，有更多的体积电容是有益的，但缺点是成本和物理尺寸增加。

所需的本地电容量取决于多种因素，包括：

•电机系统所需的最高电流。

•电源的电容及其提供电流的能力。

•电源和电机系统之间的寄生电感量。

•可接受的电压纹波。

•使用的电机类型（有刷直流、无刷直流、步进电机）。

•电机制动方法。

电源和电机驱动系统之间的电感会限制电源电流的变化率。如果局部大容量电容太小，系统将对过大的电流需求作出响应，或者随着电压的变化而从电机中卸载。当使用足够的大容量电容时，电机电压保持稳定，并能快速提供大电流。

数据表通常提供建议值，但需要进行系统级测试以确定适当尺寸的大容量电容器。

布局

布局指南

•印刷电路板（PCB）应使用重型接地板。为了获得最佳的电气和热性能，DRV8801-Q1必须直接焊接到电路板上。在DRV8801Q1的下面是一个热垫，它提供了增强散热的路径。热焊盘应直接焊接到PCB的外露表面上。热通孔用于将热量传递到PCB的其他层。

•负载电源引脚VBB应与电解电容器（通常为100μF）和陶瓷电容器（0.1μF）并联，尽可能靠近设备。

•VCP和VBB之间以及CP1和CP2之间的陶瓷电容器（0.1μF）应尽可能靠近设备。

•感测电阻应尽可能靠近检测引脚和接地回路，以尽量减少寄生电感。

布局示例

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