DRV8426E/P：多功能電機驅(qū)動芯片的詳細剖析

引言

在電機驅(qū)動領(lǐng)域，一款性能卓越的驅(qū)動芯片往往能為工程師們的設(shè)計帶來極大的便利和優(yōu)勢。德州儀器（TI）的DRV8426E/P雙H橋電機驅(qū)動器就是這樣一款備受關(guān)注的產(chǎn)品。它集成了電流感應(yīng)和智能調(diào)諧技術(shù)，適用于多種工業(yè)應(yīng)用。本文將深入探討DRV8426E/P的特性、應(yīng)用、詳細工作原理以及設(shè)計要點。

文件下載：drv8426e.pdf

一、產(chǎn)品特性亮點

（一）多電機驅(qū)動能力

DRV8426E/P是一款雙H橋電機驅(qū)動器，具備驅(qū)動多種類型電機的能力。它可以驅(qū)動一臺雙極步進電機，也能控制兩臺雙向有刷直流電機，甚至能驅(qū)動四臺單向有刷直流電機。這種多樣化的驅(qū)動能力使其在不同的電機控制場景中都能發(fā)揮作用。

（二）集成電流感應(yīng)功能

該芯片集成了電流感應(yīng)功能，這意味著無需額外的感測電阻。這不僅節(jié)省了電路板空間，還降低了系統(tǒng)成本。同時，它具有±5%的滿量程電流精度，能夠準確地控制電機電流。

（三）寬工作電壓范圍

其工作電源電壓范圍為4.5 - 33V，適用于多種電源環(huán)境。這一特性使得DRV8426E/P在不同的工業(yè)應(yīng)用中具有很強的適應(yīng)性。

（四）多控制接口選項

提供了PHASE/ENABLE (PH/EN)和PWM (IN/IN)兩種控制接口選項，方便工程師根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行靈活選擇。

（五）智能調(diào)諧與多種衰減模式

支持智能調(diào)諧、快速和混合衰減選項。智能調(diào)諧技術(shù)能夠根據(jù)電機的運行狀態(tài)自動調(diào)整衰減模式，優(yōu)化電機的運行性能。

（六）低導通電阻與高電流容量

在24V、25°C的條件下，其低導通電阻 (R_{DS(ON)}) 為900 mΩ （HS + LS），每個橋具有較高的電流容量，峰值電流可達2.5A（有刷），滿量程電流可達1.5A（步進）。

（七）引腳兼容性

與DRV8424E/P、DRV8436E/P和DRV8434E/P引腳兼容，方便工程師在不同產(chǎn)品之間進行替換和升級。

（八）可配置關(guān)斷時間

支持可配置的關(guān)斷時間PWM斬波，可設(shè)置為7、16、24或32 μs，滿足不同的電機控制需求。

（九）多邏輯電平輸入支持

支持1.8V、3.3V、5.0V邏輯輸入，與多種控制器兼容。

（十）低功耗睡眠模式

具有低電流睡眠模式（2 μA），能夠在不驅(qū)動電機時降低功耗，提高系統(tǒng)的能效。

（十一）低EMI與浪涌電流限制

采用擴頻時鐘技術(shù)降低電磁干擾（EMI），并在有刷直流應(yīng)用中具備浪涌電流限制功能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（十二）小封裝與豐富保護功能

采用小封裝和小尺寸引腳布局，節(jié)省電路板空間。同時具備多種保護功能，如VM欠壓鎖定（UVLO）、電荷泵欠壓（CPUV）、過流保護（OCP）和熱關(guān)斷（OTSD），并提供故障狀態(tài)輸出（nFAULT）。

二、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

DRV8426E/P適用于眾多工業(yè)和消費領(lǐng)域，包括打印機和掃描儀、自動取款機（ATM）、貨幣計數(shù)器、銷售點終端（EPOS）、辦公和家庭自動化、工廠自動化和機器人、大小型家用電器以及真空、人形和玩具機器人等。

三、芯片詳細描述

（一）整體架構(gòu)

DRV8426E/P集成了兩個N溝道功率MOSFET H橋、集成電流感應(yīng)和調(diào)節(jié)電路。它使用內(nèi)部電流鏡架構(gòu)進行電流感應(yīng)，無需外部大功率分流電阻，節(jié)省了電路板面積和系統(tǒng)成本。

（二）電流調(diào)節(jié)

電機繞組中的電流通過可調(diào)的關(guān)斷時間PWM電流調(diào)節(jié)電路進行調(diào)節(jié)。當H橋啟用時，電流以取決于直流電壓、繞組電感和反電動勢大小的速率上升。當電流達到電流調(diào)節(jié)閾值時，橋進入衰減模式一段時間，以降低電流。關(guān)斷時間結(jié)束后，橋再次啟用，開始另一個PWM周期。電流調(diào)節(jié)閾值由VREFA和VREFB引腳的電壓設(shè)置。

（三）衰減模式

1. 混合衰減：開始時為30% (t{OFF}) 的快速衰減，隨后是剩余時間的慢速衰減。這種模式的紋波比慢速衰減大，但比快速衰減小，在電流下降步驟中能更快地穩(wěn)定到新的 (I{TRIP}) 水平。
2. 快速衰減：當電流達到閾值時，H橋極性反轉(zhuǎn)。這種模式的電流紋波最大，但在電流下降步驟中的過渡時間比慢速衰減快得多。
3. 智能調(diào)諧動態(tài)衰減：一種先進的電流調(diào)節(jié)控制方法，能根據(jù)電機繞組電阻和電感、電機老化效應(yīng)、動態(tài)速度和負載、電機電源電壓變化以及低電流和高電流dI/dt等運行因素自動調(diào)整衰減模式，在慢速、混合和快速衰減之間進行優(yōu)化配置，以實現(xiàn)最低的電流紋波。
4. 智能調(diào)諧紋波控制：通過設(shè)置 (I{VALLEY}) 水平，當電流達到 (I{TRIP}) 時，進入慢速衰減直到達到 (I_{VALLEY}) 。這種方法能更嚴格地調(diào)節(jié)電流水平，提高電機效率和系統(tǒng)性能。

   （四）電荷泵與線性穩(wěn)壓器

   集成了電荷泵，為高端N溝道MOSFET提供柵極驅(qū)動電壓。同時還集成了線性電壓調(diào)節(jié)器，DVDD調(diào)節(jié)器可提供參考電壓，最大負載為2mA。

   （五）保護電路

   具備完善的保護電路，包括VM欠壓鎖定（UVLO）、VCP欠壓鎖定（CPUV）、過流保護（OCP）和熱關(guān)斷（OTSD）。當出現(xiàn)故障時，nFAULT引腳會被拉低，以指示故障狀態(tài)。

四、應(yīng)用與設(shè)計要點

（一）典型應(yīng)用

在典型應(yīng)用中，DRV8426E/P可配置為通過H橋配置驅(qū)動兩個外部負載（如兩個有刷直流電機）的雙向電流。H橋的極性和占空比由外部控制器通過xEN/xIN1和xPH/xIN2引腳進行控制。

（二）設(shè)計要求與步驟

1. 電流調(diào)節(jié)：通過VREF引腳設(shè)置ITRIP電流水平，計算公式為 (I{TRIP}(A) = V{REF}(V) / 2.2 (V/A)) ?？梢酝ㄟ^連接電阻分壓器從DVDD引腳到地來編程VREF電壓。
2. 功率耗散與熱計算：總功率耗散 (P{TOT}) 由功率MOSFET (R{DS(ON)}) （導通）損耗、功率MOSFET開關(guān)損耗和靜態(tài)電源電流耗散三部分組成。需要確保器件的結(jié)溫在規(guī)定的工作范圍內(nèi)。

   （三）電源與布局建議

3. 電源：輸入電壓供應(yīng)（VM）范圍為4.5 - 33V，每個VM引腳必須靠近器件放置一個額定為VM的0.01 μF陶瓷電容，并在VM上包含一個大容量電容。
4. 布局：VM引腳應(yīng)通過一個低ESR陶瓷旁路電容（推薦值為0.01 μF，額定為VM）旁路到PGND，且該電容應(yīng)盡可能靠近VM引腳放置。此外，CPL和CPH引腳之間、VM和VCP引腳之間以及DVDD引腳都需要放置合適的低ESR陶瓷電容。熱PAD必須連接到系統(tǒng)地。

五、總結(jié)與思考

DRV8426E/P以其豐富的功能、高集成度和良好的性能，為電機驅(qū)動設(shè)計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。它在節(jié)省電路板空間、降低成本和提高系統(tǒng)可靠性方面具有顯著優(yōu)勢。然而，在實際應(yīng)用中，工程師們?nèi)孕枰鶕?jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇控制接口、衰減模式和配置參數(shù)，以充分發(fā)揮該芯片的性能。同時，在電源和布局設(shè)計方面，也需要嚴格遵循建議，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用DRV8426E/P的過程中，是否也遇到過一些獨特的問題或有一些特別的設(shè)計經(jīng)驗?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。