深入了解 DRV8837 和 DRV8838：低電壓 H 橋驅(qū)動(dòng)器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)是一個(gè)常見且關(guān)鍵的領(lǐng)域。今天，我們就來深入探討兩款備受關(guān)注的低電壓 H 橋驅(qū)動(dòng)器——DRV8837 和 DRV8838。它們不僅能為電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶來高效、穩(wěn)定的解決方案，還具備諸多實(shí)用的特性和保護(hù)功能。

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一、產(chǎn)品概述

DRV883x 系列產(chǎn)品是德州儀器（TI）推出的集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案，適用于相機(jī)、消費(fèi)產(chǎn)品、玩具以及其他低電壓或電池供電的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用。它可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電機(jī)或其他設(shè)備，如螺線管。其獨(dú)特之處在于將所需的驅(qū)動(dòng) FET 和 FET 控制電路集成到單個(gè)設(shè)備中，大大減少了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組件數(shù)量。

二、產(chǎn)品特性

2.1 性能優(yōu)勢

• 低導(dǎo)通電阻：HS + LS 的導(dǎo)通電阻僅為 280 mΩ，這有助于降低功率損耗，提高驅(qū)動(dòng)效率。
• 高驅(qū)動(dòng)電流：最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá) 1.8 A，能夠滿足大多數(shù)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求。
• 獨(dú)立電源引腳：電機(jī)電源 VM 范圍為 0 至 11 V，邏輯電源 VCC 范圍為 1.8 至 7 V，提供了靈活的電源配置選項(xiàng)。

2.2 接口類型

• DRV8837：采用 PWM（IN1 - IN2）輸入接口，操作較為直觀，適合對 PWM 控制熟悉的工程師。
• DRV8838：配備 PH - EN 輸入接口，通過相位和使能信號來控制電機(jī)，在一些特定應(yīng)用中具有優(yōu)勢。

2.3 低功耗睡眠模式

通過 nSLEEP 引腳可以使設(shè)備進(jìn)入低功耗睡眠模式，最大睡眠電流僅為 120 nA，有效降低了系統(tǒng)功耗，延長了電池續(xù)航時(shí)間。

2.4 小巧封裝

采用 8 引腳 WSON 封裝，尺寸僅為 2.0 × 2.0 mm，節(jié)省了電路板空間，適用于對空間要求較高的應(yīng)用場景。

2.5 保護(hù)功能

• VCC 欠壓鎖定（UVLO）：當(dāng) VCC 電壓低于閾值時(shí)，自動(dòng)禁用 H 橋的所有 FET，確保設(shè)備在合適的電壓條件下工作。
• 過流保護(hù)（OCP）：通過模擬電流限制電路，當(dāng)電流超過設(shè)定值時(shí)，及時(shí)切斷 FET 的柵極驅(qū)動(dòng)，防止設(shè)備因過流損壞。
• 熱關(guān)斷（TSD）：當(dāng)芯片溫度超過安全范圍時(shí)，自動(dòng)禁用 H 橋，待溫度下降到安全水平后再恢復(fù)工作，保護(hù)設(shè)備免受過熱損壞。

三、引腳配置與功能

3.1 引腳布局

3.2 引腳功能解析

每個(gè)引腳都有其特定的功能，在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理連接。例如，VCC 和 VM 引腳需要通過合適的電容進(jìn)行旁路，以減少電源噪聲對設(shè)備的影響。nSLEEP 引腳則可以方便地控制設(shè)備的睡眠和喚醒狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

四、技術(shù)規(guī)格

4.1 絕對最大額定值

4.2 ESD 額定值

• 人體模型（HBM）：±3000 V
• 充電設(shè)備模型（CDM）：±1500 V

4.3 推薦工作條件

4.4 熱信息

4.5 電氣特性

文檔中詳細(xì)列出了各種電氣參數(shù)，如電源電流、輸入邏輯電壓閾值、FET 導(dǎo)通電阻等。這些參數(shù)對于評估設(shè)備的性能和進(jìn)行電路設(shè)計(jì)至關(guān)重要。例如，在選擇合適的電源和控制信號時(shí)，需要參考這些電氣特性。

4.6 時(shí)序要求

規(guī)定了輸入信號與輸出信號之間的延遲時(shí)間、上升時(shí)間、下降時(shí)間等時(shí)序參數(shù)。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，需要確保輸入信號的時(shí)序符合這些要求，以保證設(shè)備的正常工作。

4.7 典型特性曲線

通過典型特性曲線可以直觀地了解設(shè)備在不同溫度、電壓等條件下的性能表現(xiàn)。例如，VM 睡眠電流、VCC 睡眠電流、VM 工作電流、VCC 工作電流以及 HS + LS FET 導(dǎo)通電阻隨環(huán)境溫度的變化曲線，為工程師在實(shí)際應(yīng)用中提供了參考依據(jù)。

五、詳細(xì)描述

5.1 橋控制

• DRV8837：采用 PWM 輸入接口，通過 IN1 和 IN2 引腳控制輸出。不同的輸入組合可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和滑行等功能。
• DRV8838：使用 PHASE/ENABLE 接口，通過 PH 引腳控制電流方向，EN 引腳控制 H 橋的使能。

5.2 獨(dú)立半橋控制

DRV8837 可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立半橋控制，無需額外的離散組件。通過合理連接兩個(gè)電感負(fù)載（如電機(jī)或螺線管）和控制信號，可以分別控制兩個(gè)負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)。這種控制方式在一些需要多電機(jī)或多負(fù)載控制的應(yīng)用中非常有用。

5.3 睡眠模式

當(dāng) nSLEEP 引腳為低電平時(shí)，設(shè)備進(jìn)入低功耗睡眠模式，此時(shí)所有不必要的內(nèi)部電路都被關(guān)閉，大大降低了功耗。在系統(tǒng)不需要電機(jī)工作時(shí)，可以通過該功能節(jié)省能源。

5.4 電源和輸入引腳

輸入引腳可以在推薦的工作條件下驅(qū)動(dòng)，即使沒有 VCC 或 VM 電源也不會產(chǎn)生漏電。VCC 和 VM 電源可以按任意順序施加和移除，并且在 VCC 電源移除時(shí)，設(shè)備會進(jìn)入低功耗狀態(tài)。此外，當(dāng)電源電壓在 1.8 至 7 V 之間時(shí)，VCC 和 VM 引腳可以連接在一起。

5.5 保護(hù)電路

• VCC 欠壓鎖定：當(dāng) VCC 電壓低于閾值時(shí)，H 橋的所有 FET 被禁用，直到 VCC 電壓恢復(fù)到正常范圍。
• 過流保護(hù)：當(dāng)檢測到過流時(shí)，首先通過模擬電流限制電路限制 FET 電流，若過流持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定值，則禁用 H 橋，一段時(shí)間后自動(dòng)恢復(fù)。
• 熱關(guān)斷：當(dāng)芯片溫度超過安全范圍時(shí)，立即禁用 H 橋，待溫度下降到安全水平后再恢復(fù)工作。

5.6 設(shè)備功能模式

• 工作模式：nSLEEP 引腳為高電平時(shí)，設(shè)備正常工作。
• 睡眠模式：nSLEEP 引腳為低電平時(shí)，H 橋 FET 被禁用，設(shè)備進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
• 故障模式：當(dāng)出現(xiàn)欠壓、過流或過熱等故障時(shí)，H 橋輸出被禁用。

六、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

6.1 應(yīng)用信息

DRV883x 系列產(chǎn)品主要用于驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)或螺線管。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)具體需求選擇合適的電機(jī)和電源，并按照一定的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行配置。

6.2 典型應(yīng)用

文檔中給出了 DRV883x 的典型應(yīng)用電路示意圖，并列出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的參數(shù)，如電機(jī)電源電壓、邏輯電源電壓和目標(biāo)均方根電流等。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行電路的優(yōu)化和調(diào)整。

6.2.1 設(shè)計(jì)要求

6.2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

• 電機(jī)電壓：選擇合適的電機(jī)電壓需要考慮電機(jī)的額定值和所需的轉(zhuǎn)速。較高的電壓可以使電機(jī)轉(zhuǎn)速更快，但也會增加電感繞組中的電流變化率。
• 低功耗運(yùn)行：在進(jìn)入睡眠模式時(shí)，建議將所有輸入設(shè)置為低電平，以最小化系統(tǒng)功耗。

6.2.3 應(yīng)用曲線

文檔展示了不同占空比和方向下的應(yīng)用曲線，幫助工程師直觀地了解電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。這些曲線可以作為實(shí)際應(yīng)用中的參考，用于調(diào)整控制參數(shù)和優(yōu)化電機(jī)性能。

七、電源供應(yīng)建議

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，合適的本地大容量電容至關(guān)重要。雖然增加電容容量通常有益，但也會帶來成本和物理尺寸增加的問題。所需的本地電容大小取決于多種因素，如電機(jī)系統(tǒng)所需的最大電流、電源電容和供電能力、電源與電機(jī)系統(tǒng)之間的寄生電感、可接受的電壓紋波、電機(jī)類型和制動(dòng)方法等。 一般來說，數(shù)據(jù)手冊會提供推薦的電容值，但實(shí)際應(yīng)用中還需要進(jìn)行系統(tǒng)級測試，以確定最合適的電容大小。同時(shí)，大容量電容的電壓額定值應(yīng)高于工作電壓，以應(yīng)對電機(jī)向電源傳輸能量的情況。

八、布局注意事項(xiàng)

8.1 布局指南

• VM 和 VCC 引腳應(yīng)使用低 ESR 陶瓷旁路電容旁路到 GND，推薦電容值為 0.1 μF。
• 這些電容應(yīng)盡可能靠近 VM 和 VCC 引腳，并通過厚走線或接地平面連接到設(shè)備的 GND 引腳。

8.2 布局示例

文檔中給出了簡化的布局示例，幫助工程師更好地理解布局要求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以參考該示例進(jìn)行電路板的布局。

8.3 功率耗散

DRV883x 系列設(shè)備的功率耗散主要由輸出 FET 的導(dǎo)通電阻決定。可以使用公式 (P{TOT }=r{DS( on )} timesleft(I_{OUT(RMS) }right)^{2}) 來估算運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)時(shí)的平均功率耗散。 需要注意的是，F(xiàn)ET 的導(dǎo)通電阻會隨溫度升高而增加，因此在設(shè)備發(fā)熱時(shí)，功率耗散也會相應(yīng)增加。同時(shí)，設(shè)備具備熱關(guān)斷保護(hù)功能，當(dāng)芯片溫度超過約 150°C 時(shí)，設(shè)備會自動(dòng)禁用，直到溫度下降到安全水平。如果設(shè)備頻繁進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)，可能意味著功率耗散過大、散熱不足或環(huán)境溫度過高，需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

九、設(shè)備與文檔支持

9.1 文檔支持

提供了相關(guān)的文檔鏈接，如計(jì)算電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率耗散的資料、DRV8837EVM 和 DRV8838EVM 用戶指南、獨(dú)立半橋驅(qū)動(dòng)相關(guān)文檔以及理解電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流額定值的資料等，方便工程師進(jìn)一步深入了解產(chǎn)品。

9.2 相關(guān)鏈接

列出了快速訪問鏈接，包括技術(shù)文檔、支持與社區(qū)資源、工具與軟件以及樣品購買等方面的鏈接，為工程師提供了便捷的獲取信息和購買產(chǎn)品的途徑。

9.3 文檔更新通知

可以通過在 ti.com 上的設(shè)備產(chǎn)品文件夾中注冊，接收文檔更新的每周摘要通知。在查看更新文檔時(shí)，還可以查看修訂歷史，了解具體的更改內(nèi)容。

9.4 社區(qū)資源

鼓勵(lì)工程師利用社區(qū)資源，與其他同行交流經(jīng)驗(yàn)和解決問題。

十、總結(jié)

DRV8837 和 DRV8838 是兩款性能出色的低電壓 H 橋驅(qū)動(dòng)器，具有低導(dǎo)通電阻、高驅(qū)動(dòng)電流、多種接口類型、低功耗睡眠模式、小巧封裝和豐富的保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，能夠?yàn)楣こ處熖峁└咝?、穩(wěn)定的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電源、配置引腳、優(yōu)化布局，并注意功率耗散和散熱問題。通過充分利用文檔提供的資源和支持，相信工程師們能夠更好地發(fā)揮這兩款產(chǎn)品的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。你在使用類似的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。