DRV8262-Q1：24V和48V汽車(chē)應(yīng)用的理想H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

在汽車(chē)電子領(lǐng)域，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的性能、可靠性和安全性至關(guān)重要。德州儀器（TI）的DRV8262-Q1是一款專(zhuān)門(mén)為24V和48V汽車(chē)應(yīng)用設(shè)計(jì)的寬電壓、高功率H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，具有諸多優(yōu)秀特性，能滿足多種電機(jī)驅(qū)動(dòng)需求。今天我們就來(lái)詳細(xì)探討一下這款產(chǎn)品。

文件下載：drv8262-q1.pdf

一、核心特性亮點(diǎn)多

（一）應(yīng)用資質(zhì)與安全保障

DRV8262-Q1通過(guò)了AEC - Q100汽車(chē)級(jí)認(rèn)證，溫度等級(jí)為1，工作溫度范圍在 - 40°C至 + 125°C之間，適用于各種惡劣的汽車(chē)環(huán)境。它還具備功能安全能力，提供相關(guān)文檔以輔助功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為汽車(chē)應(yīng)用的安全性提供了堅(jiān)實(shí)保障。

（二）驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)

它可以作為單或雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，能驅(qū)動(dòng)一或兩個(gè)有刷直流電機(jī)、一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，甚至一或兩個(gè)熱電冷卻器（TEC）。其工作電源電壓范圍為4.5V至60V，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。在低導(dǎo)通電阻方面表現(xiàn)出色，雙H橋模式下高側(cè)（HS）+低側(cè)（LS）為100mΩ，單H橋模式下僅為50mΩ，可有效降低功率損耗。輸出電流能力也很強(qiáng)，雙H橋模式（24V，25°C）下峰值電流可達(dá)8A，單H橋模式（24V，25°C）下更是能達(dá)到16A。

（三）靈活的操作接口

支持可編程的操作接口，包括相位/使能（PH/EN）和PWM（IN/IN）兩種模式，方便工程師根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行靈活配置。

（四）集成電流感應(yīng)與調(diào)節(jié)

集成了電流感應(yīng)和調(diào)節(jié)功能，可對(duì)高側(cè)MOSFET進(jìn)行電流感應(yīng)，并為每個(gè)H橋提供感應(yīng)輸出（IPROPI），在最大電流時(shí)感應(yīng)精度可達(dá)±4%。這一功能有助于精確控制電機(jī)電流，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（五）低功耗與保護(hù)機(jī)制

具備獨(dú)立的邏輯電源電壓（VCC），可通過(guò)配置關(guān)斷時(shí)間PWM斬波（7、16、24或32μs）來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)性能。還支持可編程的故障恢復(fù)方法，能適應(yīng)不同的故障處理需求。支持1.8V、3.3V、5.0V邏輯輸入，低電流睡眠模式下電流僅為3μA，有效降低了系統(tǒng)功耗。此外，還擁有VM欠壓鎖定（UVLO）、電荷泵欠壓（CPUV）、過(guò)流保護(hù)（OCP）、熱關(guān)斷（OTSD）等保護(hù)特性，并通過(guò)故障狀態(tài)輸出（nFAULT）及時(shí)反饋故障信息。

二、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景

（一）汽車(chē)車(chē)身系統(tǒng)

在24V和48V汽車(chē)車(chē)身系統(tǒng)中，DRV8262-Q1可用于驅(qū)動(dòng)各種有刷直流電機(jī)，如車(chē)門(mén)模塊、后視鏡、換擋器、座椅調(diào)節(jié)、后備箱升降、車(chē)窗升降、轉(zhuǎn)向柱調(diào)節(jié)和天窗遮陽(yáng)簾等。這些應(yīng)用對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的可靠性和穩(wěn)定性要求極高，DRV8262-Q1的高性能特性正好能滿足這些需求。

（二）電動(dòng)交通工具

在電動(dòng)汽車(chē)、卡車(chē)、巴士等商用車(chē)輛中，也能發(fā)揮重要作用，為車(chē)輛的各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供可靠的動(dòng)力支持。

三、深入了解產(chǎn)品細(xì)節(jié)

（一）功能概述

DRV8262-Q1集成了兩個(gè)H橋輸出功率級(jí)，可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)有刷直流電機(jī)，也可將H橋并聯(lián)為單個(gè)有刷直流電機(jī)提供更高的電流。其工作模式和接口可通過(guò)MODE1和MODE2引腳設(shè)置進(jìn)行選擇。集成的電荷泵可高效驅(qū)動(dòng)高側(cè)N溝道MOSFET，實(shí)現(xiàn)100%占空比。該器件可通過(guò)單個(gè)電源輸入（VM）供電，也可將VCC引腳連接到第二個(gè)電源為內(nèi)部邏輯塊供電。nSLEEP引腳提供超低功耗模式，可在系統(tǒng)不活動(dòng)時(shí)最小化電流消耗。

（二）引腳配置與功能

采用44引腳HTSSOP（DDW）封裝，不同引腳具有不同的功能。例如，INx引腳用于PWM輸入，控制電機(jī)的速度和方向；VREF引腳用于設(shè)置電流調(diào)節(jié)閾值；IPROPI引腳用于輸出與高側(cè)MOSFET電流成比例的電流，方便進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)和控制。詳細(xì)的引腳功能可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中的引腳配置表。

（三）電氣特性與性能

1. 絕對(duì)最大額定值：明確了各個(gè)引腳的電壓、電流等參數(shù)的最大承受范圍，如電源電壓（VM）的范圍為 - 0.3V至70V，使用時(shí)需確保不超過(guò)這些額定值，以免損壞器件。
2. 推薦工作條件：規(guī)定了器件正常工作時(shí)的電壓、電流、溫度等條件，如VM電源電壓范圍為4.5V至60V，環(huán)境溫度范圍為 - 40°C至125°C等。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)盡量使器件工作在推薦條件下，以保證其性能和可靠性。
3. 典型特性：包括睡眠模式電流、工作電源電流、MOSFET導(dǎo)通電阻等隨溫度和電源電壓變化的特性曲線。通過(guò)這些特性曲線，工程師可以更好地了解器件在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，從而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

（四）電流感應(yīng)與調(diào)節(jié)機(jī)制

1. 電流感應(yīng)與反饋：在單H橋模式下支持一個(gè)IPROPI輸出，雙H橋模式下支持兩個(gè)IPROPI輸出。IPROPI引腳輸出的電流與H橋高側(cè)FET中的電流成比例，可通過(guò)連接外部電阻（RIPROPI）將其轉(zhuǎn)換為電壓，方便使用標(biāo)準(zhǔn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）測(cè)量負(fù)載電流。需要注意的是，IPROPI引腳在快速衰減模式（滑行模式）或低側(cè)慢衰減模式下不代表電流，在這些模式下可通過(guò)短暫重新啟用驅(qū)動(dòng)器來(lái)測(cè)量電流。
2. 電流調(diào)節(jié)：通過(guò)VREF電壓和IPROPI輸出電阻的組合設(shè)置電流斬波閾值（ITRIP）。當(dāng)電機(jī)電流超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，通過(guò)可調(diào)關(guān)斷時(shí)間PWM電流調(diào)節(jié)電路對(duì)電機(jī)繞組電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。在電流調(diào)節(jié)過(guò)程中，可根據(jù)需要選擇不同的衰減模式，如慢衰減（制動(dòng)或高側(cè)再循環(huán)）、智能調(diào)諧動(dòng)態(tài)衰減和混合衰減等，以滿足不同的應(yīng)用需求。

（五）保護(hù)電路與故障處理

DRV8262-Q1具備完善的保護(hù)電路，可有效防止器件在系統(tǒng)故障時(shí)受到損壞。

1. VM欠壓鎖定（UVLO）：當(dāng)VM引腳電壓低于UVLO閾值時(shí)，所有輸出將被禁用，nFAULT引腳被拉低，電荷泵也會(huì)被禁用。當(dāng)VM電壓恢復(fù)到高于UVLO上升閾值時(shí)，器件恢復(fù)正常工作。
2. VCP欠壓鎖定（CPUV）：VCP引腳電壓低于CPUV電壓時(shí)，輸出被禁用，nFAULT引腳拉低，但電荷泵仍保持活動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)欠壓條件消除后，器件恢復(fù)正常。
3. 過(guò)流保護(hù)（OCP）：每個(gè)MOSFET都有模擬電流限制電路，當(dāng)電流超過(guò)限制且持續(xù)時(shí)間超過(guò)tOCP時(shí)，檢測(cè)到過(guò)流故障，相應(yīng)的H橋?qū)⒈唤?，nFAULT引腳拉低。過(guò)流條件消除后的恢復(fù)機(jī)制取決于OCPM引腳的設(shè)置，可選擇鎖存關(guān)閉或自動(dòng)重試。
4. 熱關(guān)斷（OTSD）：當(dāng)芯片溫度超過(guò)熱關(guān)斷極限時(shí)，所有MOSFET被禁用，nFAULT引腳拉低，電荷泵也被禁用。熱關(guān)斷條件消除后的恢復(fù)機(jī)制同樣取決于OCPM引腳的設(shè)置。

四、應(yīng)用與實(shí)施要點(diǎn)

（一）驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)

在驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)時(shí)，可通過(guò)外部控制器的PWM和IO資源控制INx和MODEx引腳，實(shí)現(xiàn)H橋配置、極性、接口和占空比的控制。通過(guò)VREF引腳的電阻分壓器設(shè)置電流限制閾值，并將DECAY引腳接地以實(shí)現(xiàn)慢衰減模式。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要進(jìn)行功率損耗計(jì)算和結(jié)溫估算，以確保器件在安全的溫度范圍內(nèi)工作。

（二）驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)

在雙H橋模式下，DRV8262-Q1可驅(qū)動(dòng)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)。通過(guò)合理設(shè)置VREF電壓和連接IPROPI引腳到地的電阻，可確定滿量程電流。同時(shí)，需要根據(jù)目標(biāo)電機(jī)速度和微步設(shè)置計(jì)算輸入波形的頻率。在功率損耗計(jì)算方面，需要考慮傳導(dǎo)損耗、開(kāi)關(guān)損耗和靜態(tài)電流消耗等因素。

（三）驅(qū)動(dòng)熱電冷卻器（TEC）

在驅(qū)動(dòng)TEC時(shí)，DRV8262-Q1的雙H橋模式可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)TEC雙向電流，單H橋模式可驅(qū)動(dòng)單個(gè)TEC更高電流。通過(guò)集成的電流感應(yīng)和輸出（IPROPI）功能，可消除閉環(huán)控制拓?fù)渲袃蓚€(gè)外部分流電阻的需求，節(jié)省成本和空間。為了減少TEC中的紋波電流，需要在輸出節(jié)點(diǎn)連接LC濾波器，將PWM輸出轉(zhuǎn)換為低紋波直流電壓。同時(shí)，需要合理選擇輸入PWM頻率，以平衡開(kāi)關(guān)損耗和LC元件的使用。

五、布局與散熱考量

（一）布局指南

在PCB布局時(shí)，需要遵循一些重要的原則。例如，VM引腳應(yīng)使用低ESR陶瓷旁路電容進(jìn)行旁路，電容應(yīng)盡可能靠近VM引腳，并通過(guò)厚走線或接地平面連接到器件的PGND引腳。CPL和CPH引腳之間應(yīng)放置低ESR陶瓷電容，VCC引腳也需要使用低ESR陶瓷電容進(jìn)行旁路。此外，應(yīng)盡量避免電源引腳和去耦電容之間的電感，將DDW封裝的熱PAD連接到系統(tǒng)地，并使用大面積的接地平面來(lái)降低阻抗和電感，提高散熱性能。

（二）散熱考慮

DRV8262-Q1的散熱性能對(duì)其性能和可靠性有重要影響。在選擇PCB材料時(shí)，推薦使用FR - 4玻璃環(huán)氧樹(shù)脂材料，在頂層和底層使用2 oz銅，以提高散熱性能和降低PCB走線電感。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的工作模式和電流需求，考慮PCB的銅面積、層數(shù)和銅厚度等因素對(duì)散熱性能的影響。例如，增加銅面積、層數(shù)和銅厚度可以降低結(jié)到環(huán)境的熱阻（RθJA）和結(jié)到板的表征參數(shù)（ΨJB），提高散熱性能。

六、總結(jié)與思考

DRV8262-Q1憑借其豐富的功能、強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力和完善的保護(hù)機(jī)制，成為24V和48V汽車(chē)應(yīng)用中電機(jī)驅(qū)動(dòng)的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要充分了解其特性和應(yīng)用要點(diǎn)，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、布局和散熱優(yōu)化，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。同時(shí)，隨著汽車(chē)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的要求也越來(lái)越高，我們可以思考如何進(jìn)一步挖掘DRV8262-Q1的潛力，以滿足未來(lái)更多復(fù)雜的應(yīng)用需求。你在使用類(lèi)似電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。