DRV880x是DMOS全桥电机驱动器—DRV8800, DRV8801

特点

•H桥电机驱动器

•低RDS（on）MOSFET（0.4-Ω典型值）

•低功耗睡眠模式

•支持100%PWM

•8-V至36-V工作电源电压范围

•热增强表面安装组件

•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

–对地短路保护

–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

说明

DRV880x提供了一个具有多种功能的多功能电机驱动器解决方案。该设备包含一个完整的H桥，可以用来驱动一个有刷直流电机，一个步进电机的绕组，或其他设备，如螺线管。一个简单的相位接口可以方便地连接到控制器电路。

输出级采用N沟道功率mosfet作为H桥。DRV880xis的峰值输出电流可达±2.8A，工作电压高达36V。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欠压、电荷泵故障、过电流、对电源短路、对地短路和过热。故障状态通过nFAULT引脚指示。

DRV880x封装在带PowerPAD的16针WQFN封装中™ （环保：RoHS&no Sb/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。

简图

典型特征

参数测量信息

详细说明

概述

DRV880x设备是用于有刷直流电机的集成电机驱动器解决方案。这些设备集成了DMOS H桥、保护电路和简单的数字接口。该器件可以用8到36伏的电源电压供电，并且能够提供高达2.8安的输出电流。

相位使能接口便于与控制器电路连接。相位输入控制H桥的方向，启用输入指定H桥是否启用。

两个模式引脚允许指定设备使用的电流衰减方法。模式1指定快速衰减或慢速衰减，模式2指定高侧或低侧慢衰减。

DRV8801提供通过比例电压输出监控电机绕组电流的选项。

功能框图

特性描述

逻辑输入

TI建议在逻辑输入被拉到VDD时使用高值上拉电阻器。该电阻器限制输入电流，以防发生过电压事件。逻辑输入为nSLEEP、MODE、PHASE和ENABLE。任何逻辑输入上高于7V的电压都会损坏输入结构。

VREG（仅限DRV8800）

此输出表示内部调节器电压的测量值。此针脚应保持断开状态。此针脚处可测量到约7.5 V的电压。

VPROPI（仅限DRV8801）

该输出提供与绕组电流成比例的模拟电压。该端子上的电压是电机绕组电流的五倍（VPROPI=5×I）。VPROPI只有在有一个电阻器连接到检测管脚时才有意义。如果SENSE接地，VPROPI测量值为0 V。在慢衰减过程中，VPROPI输出0 V。VPROPI最多可输出2.5 V，因为在500 mV的感应电压下，H桥被禁用。

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陶瓷单片电容器CStorage，作为一个蓄水池来运行高端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。

关机

作为一种保护装置的措施，由极高的结温或VCP上的低电压引起的故障会使装置的输出失效，直到故障状态消除。通电时，UVLO电路禁用驱动器。

低功率模式

控制输入nSLEEP用于在不使用DRV880x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。

•模式1（DRV8800上的模式）

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（仅限DRV8801）

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。

制动

制动功能通过在慢衰减模式下驱动设备（模式1引脚为高）并将使能解除至低电平来实现。因为可以通过DMOS开关在两个方向驱动电流，只要启用斩波模式，这种配置就有效地使电机产生的BEMF短路。最大电流可以用VBEMF/RL近似。应注意确保在最坏的制动情况下（高速和高惯性负载），不超过设备的最大额定值。

诊断输出

nFAULT引脚通过开路漏极输出信号表明芯片有问题。电机故障、欠压条件或TJ>160°C会导致引脚低。当nSLEEP将设备置于最小功耗模式（即nSLEEP低）时，此输出无效。nFAULT保持断言状态（nFAULT=L），直到VBB达到VBBNFR，使电荷泵的净空达到其欠压阈值。nFAULT是一个仅限状态的信号，不影响任何设备功能。H桥部分在确认nFAULT的情况下，在VBB=8 V下仍正常工作。

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。此故障会使nFAULT变低，但不会使芯片无法工作。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。

（1）、X=无所谓，Z=高阻抗

（2）、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。

过流保护

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，则全桥输出关闭，信号nFAULT低电平驱动，并启动1.2毫秒故障计时器。在这个1.2毫秒的时间后，tOCP，设备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，并取消对nFAULT的判断。

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。

注意

选择感测电阻值时，感测不超过±500 mV的最大电压。当电机绕组中的任何电流产生大于或等于500 mV的感应电压时，H桥被禁用并进入再循环。

设备功能模式

设备操作

DRV880x通过nSLEEP引脚支持低功耗休眠模式。在这种模式下，设备关闭大部分内部电路，包括内部电压轨和电荷泵。将nSLEEP引脚调高将使设备恢复活动状态。

在正常运行期间，DRV880x设计用于操作单刷直流电机。输出连接到电机线圈的每侧，允许完全双向控制。

慢衰减SR（制动模式）

在慢衰减模式下，两个低侧下沉驱动器打开，允许电流通过H桥的低侧（两个水槽驱动器）和负载循环。两个接收器DMOS驱动程序的功耗I2R损失：

同步整流快速衰减

在这种情况下，与衰变模式相反的是开关驱动器。在快速衰减时，不允许电机电流为负（方向改变）。相反，当电流接近零时，驱动器就会关闭。功率计算与驱动电流计算相同（见方程式5）。

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

DRV880x装置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2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

DRV880x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0.8A，以热量形式耗散的功率将为0.8A2x1Ω=0.64W。

DRV880x达到的温度取决于对空气和PCB的热阻。重要的是要将设备PowerPAD焊接到PCB接地板上，并在顶部和底部板层上通孔，以将热量散发到PCB中并降低设备温度。在这里使用的示例中，DRV880x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DRV880x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

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，DRV880x必须直接焊接到电路板上。在DRV880x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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