DRV8816是DMOS双1/2 H桥电机驱动器

特点

•H桥电机驱动器单独

–驱动直流电机或其他负载

–低RDS（on）MOSFET（0.4Ω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）

–充电泵欠压（CPUV）

–过电流保护（OCP）

–电源短路保护（STS）

–接地短路保护（STG）

–过热警告（OTW）

–超温停机（OTS）

–故障状态指示引脚（nFAULT）

应用

•打印机

•工业自动化

•机器人技术

•电动杠杆

说明

DRV8816提供了一个多功能的电源驱动解决方案，有两个独立的½-H桥式驱动器。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，也可以驱动电磁阀等其他装置。一个简单的INx/ENx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。DRV8816的峰值输出电流可达±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。

内部保护功能可用于UVLO、电荷泵故障、OCP、对电源短路保护、对地短路保护、过热警告和超温停机。故障状态通过nFAULT引脚指示。

DRV8816封装在带有PowerPAD的16针HTSSOP封装中™ （环保：RoHS&noSb/Br）。

设备信息

（1）、有关所有可用的软件包，请参阅数据表末尾的订购附录。

简化示意图

典型特征

详细说明

概述

DRV8816使用4个CMOS输入控制2个高压大电流输出，同时集成保护功能、故障报告、休眠模式和电流感应。根据表2，EN1和IN1控制OUT1，EN2和IN2控制OUT2。该装置设计为驱动两个独立负载或一个有刷直流电动机，如图4和表3所示。

当使用RSENSE电阻器时，如果VSENSE超过500毫伏，DRV8816将自动禁用，这提供了用户可编程的过电流阈值。VPROPI输出等于放大5倍的感测电压，微控制器可以使用它来了解电机电流，从而对DRV8816输入进行脉冲宽度调制并调节电机电流。

功能框图

功能描述

桥梁控制

DRV8816通过每个½-H桥的单独启用和输入引脚进行控制。

表2显示了DRV8816的逻辑。

如果一个直流电机连接到DRV8816，则它连接在OUT1和OUT2引脚之间，如图4所示。两台直流电机也可连接至DRV8816。在这种模式下，不可能反转电机的方向；电机只能朝一个方向转动。连接如图4所示。

表3显示了如何控制单刷直流电机的电机运行。

（1）、半H桥是独立的，输出状态依赖于ENx和INx。

表4显示了如何控制双刷直流电机的电机运行。

充油泵

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端DMOS器件。VCP电压电平由内部监控，在故障情况下，设备的输出将被禁用。

VPROPI

VPROPI输出约等于检测引脚上的电压的5倍。VPROPI只有在有一个电阻器连接到SENSE引脚时才有意义；如果SENSE连接到地，VPROPI测量0 V。还要注意，在慢衰减（制动）期间，VPROPI测量0 V。VPROPI最多可输出2.5 V，因为在500 mV的SENSE时，H桥被禁用。

保护电路

DRV8816具有全面保护，可防止VBB欠压、电荷泵欠压、过电流和过热事件。

VBB UVLO

如果在任何时候VBB引脚上的电压低于UVLO阈值电压，H桥中的所有FET将被禁用，电荷泵将被禁用。当VBB高于UVLO阈值时，操作将恢复。注意，nFAULT并不表示UVLO，因为CPUV故障总是在VBB=12v以下断言。

VCP UVLO（CPUV）

在CPUV事件期间，VCP电压测量值低于VCP+10 V。如果VCP引脚上的电压在任何时候低于UVLO阈值电压，则nFAULT引脚被驱动为低电平。恢复操作后，nFAULT引脚将被释放。注意，该故障不会使输出FET失效，并允许设备继续运行。当VBB低于12 V时，此故障状态总是被断言，并且nFAULT被拉低。

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tOCP故障计时器启动。在这段时间之后，tOCP，设备将被允许跟随输入命令，并尝试另一个开启（在此尝试期间，nFAULT再次变高）。如果仍有故障，则循环重复。如果在tOCP到期后，确定不存在短路情况，则恢复正常操作并释放故障。

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OTS中所述的过热关机状态。

OTS

如果模具温度超过安全限值，则H桥中的所有FET将被禁用，电荷泵将关闭。模具温度降至安全水平后，操作自动恢复。

设备功能模式

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。印刷电路板的设计应在电阻器的每一侧都有宽的金属路径，以尽量减少会降低检测精度的IR降。同样，从感测电阻器到DRV8816和大容量电容器的距离也应最小化。

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（高Z）。设备将在tOCP期间自动重试。过电流跳闸阈值可使用ITRIP=500 mV/Ω计算。选择的过电流跳闸等级不能大于IOCP。

如果不使用感测电阻，则将感测引脚直接连接到GND上；在这种情况下，通过内部FET的电流IOCP检测仍然起作用。

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

DRV8816通常用于驱动有刷直流电机。

典型应用

设计要求

表5显示了设计时要考虑的参数。

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

DRV8816的功耗是RMS电机电流和每个输出的FET电阻的函数（RDS（打开））。

举例来说，环境温度是65摄氏度。在电机电流为0.8A的情况下，以热量形式耗散的功率将为0.8A2x 1Ω=0.64W。

DRV8816达到的温度将取决于对空气和PCB的热阻。重要的是要将设备PowerPAD焊接到PCB接地层上，并在顶部和底部板层上通孔，以便将热量散失到PCB中并降低设备温度。在这里使用的示例中，DRV8816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（0.5V）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2A，RSENSE=0.5V/2A=0.25Ω。

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DRV8816输出端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

感测电阻器消耗的功率等于IRMS2x R。例如，如果峰值电机电流为3A，均方根电机电流为2A，并且使用0.05Ω感应电阻器，则电阻将消耗2A2x 0.05Ω=0.2W。随着电流水平的升高，功率迅速增加。

电阻器通常在某些环境温度范围内有一个额定功率，以及在高环境温度下的降额功率曲线。当一个PCB与其他发热元件共用时，应增加余量。最好是测量最终系统中的实际感测电阻温度，以及功率mosfet，因为它们通常是最热的元件。

由于功率电阻器比标准电阻器更大、更昂贵，因此通常在感测节点和接地之间并联使用多个标准电阻器。这样可以分配电流和散热。

应用曲线

电源建议

体积电容

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。

•电源的电容和提供电流的能力。

•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。

电力主管

控制输入nSLEEP用于在不使用DRV8816时将功耗降至最低。这使许多内部电路失效，包括内部电压轨和电荷泵。nSLEEP被断言为低。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。

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，DRV8816必须直接焊接到电路板上。在DRV8816的下面是一个热垫，它提供了一个增强散热的路径。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）并联，并与尽可能靠近装置的陶瓷电容器并联。VCP和VBB之间、连接到VREG的陶瓷电容器以及CP1和CP2之间的陶瓷电容器应尽可能靠近器件的引脚，以减小引线电感。

式中

•PTOT是总功耗。

•RDS（ON）是HS加LS FET的电阻。

•IOUT（RMS）是施加到每个绕组的RMS输出电流。

大容量电容器的额定电压应高于工作电压，以便在电机向电源传输能量时提供裕度。

IOUT（RMS）约等于0.7×满标度输出电流设置。

装置中可消耗的最大功率取决于环境温度和散热量。

注意RDS（ON）随着温度的升高而增加，因此当设备加热时，功耗也会增加。

接地

地面电源飞机应尽可能靠近DRV8816。铜接地层直接在热垫下面，位置很好。然后可以将此衬垫连接到接地上。

布局示例

热保护

如果模具温度超过约150°C，设备将被禁用，直到温度降至安全水平。设备进入热停堆的任何趋势都表明功耗过大、散热不足或环境温度过高。

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