探索 DRV8816：多功能電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案

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，我們要深入探討德州儀器（TI）的 DRV8816，一款功能強(qiáng)大的 DMOS 雙 1/2 - H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它為各類電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用提供了可靠而靈活的解決方案。

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一、DRV8816 的特性亮點(diǎn)

1. 強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力

DRV8816 配備了獨(dú)立的 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)有刷直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)繞組，還能驅(qū)動(dòng)諸如螺線管等其他設(shè)備。其輸出級(jí)采用 N 溝道功率 MOSFET 配置成 1/2 - H 橋，具有低導(dǎo)通電阻（典型值 0.4Ω），可有效降低功耗。

2. 低功耗睡眠模式

該驅(qū)動(dòng)器支持 100% PWM，并且具備低功耗睡眠模式。通過(guò)專用的 nSLEEP 引腳，可將設(shè)備置于低功耗狀態(tài)，此時(shí)靜態(tài)電流極低，有助于節(jié)省能源。

3. 寬電壓工作范圍

8 - 38V 的工作電源電壓范圍，使得 DRV8816 能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境，增強(qiáng)了其在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的通用性。

4. 熱增強(qiáng)封裝與過(guò)流保護(hù)

采用熱增強(qiáng)型表面貼裝封裝，有利于散熱。同時(shí)，它還具有可配置的過(guò)流限制功能，能有效保護(hù)設(shè)備免受過(guò)流損壞。

5. 全面的保護(hù)特性

DRV8816 具備一系列保護(hù)功能，包括 VBB 欠壓鎖定（UVLO）、電荷泵欠壓（CPUV）、過(guò)流保護(hù)（OCP）、短路到電源保護(hù)（STS）、短路到地保護(hù)（STG）、過(guò)溫警告（OTW）、過(guò)溫關(guān)斷（OTS）以及故障狀態(tài)指示引腳（nFAULT），確保設(shè)備在各種異常情況下都能安全可靠地運(yùn)行。

二、豐富的應(yīng)用場(chǎng)景

DRV8816 的多功能性使其在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用：

• 打印機(jī)：在打印機(jī)中，它可用于驅(qū)動(dòng)進(jìn)紙電機(jī)、打印頭移動(dòng)電機(jī)等，確保打印過(guò)程的穩(wěn)定和精確。
• 工業(yè)自動(dòng)化：在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，可驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行器和控制器，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制。
• 機(jī)器人：為機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)、移動(dòng)底盤驅(qū)動(dòng)等提供動(dòng)力支持，使機(jī)器人能夠靈活運(yùn)動(dòng)。
• 電動(dòng)杠桿：用于電動(dòng)杠桿的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)杠桿的精確控制和操作。

三、詳細(xì)的技術(shù)解析

1. 引腳配置與功能

DRV8816 采用 16 引腳 HTSSOP 封裝，各引腳具有不同的功能。例如，VBB 為電源輸入引腳，需連接主電源，并通過(guò) 0.1μF 陶瓷電容和大容量電容進(jìn)行旁路；ENx 和 INx 為控制引腳，用于控制 1/2 - H 橋的輸出；nFAULT 為故障指示引腳，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)被拉低。

2. 電氣特性

• 電源方面：VBB 工作電壓范圍為 8 - 38V，工作電源電流在不同條件下有所不同，睡眠模式下電流極低。
• 控制輸入：輸入邏輯低電壓和高電壓有明確的范圍，并且具有內(nèi)部下拉電阻，方便與控制器電路連接。
• 輸出方面：輸出導(dǎo)通電阻較低，能有效降低功耗，同時(shí)具備過(guò)流保護(hù)等功能。

  3. 保護(hù)電路

• VBB UVLO：當(dāng) VBB 引腳電壓低于 UVLO 閾值時(shí)，H 橋中的所有 FET 會(huì)被禁用，電荷泵也會(huì)停止工作，直到 VBB 電壓上升到閾值以上才恢復(fù)工作。
• VCP UVLO（CPUV）：當(dāng) VCP 引腳電壓低于 UVLO 閾值時(shí)，nFAULT 引腳會(huì)被拉低，但該故障不會(huì)禁用輸出 FET，設(shè)備仍可繼續(xù)工作。
• OCP：監(jiān)測(cè)高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器的電流，當(dāng)檢測(cè)到短路時(shí)，會(huì)禁用 H 橋中的所有 FET，nFAULT 引腳被拉低，并啟動(dòng)故障定時(shí)器，之后會(huì)嘗試重新啟動(dòng)。
• OTW 和 OTS：當(dāng)芯片溫度超過(guò)熱警告溫度時(shí)，nFAULT 引腳會(huì)被拉低；當(dāng)溫度超過(guò)熱關(guān)斷溫度時(shí)，H 橋中的所有 FET 會(huì)被禁用，電荷泵停止工作，直到溫度下降到安全水平才恢復(fù)工作。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 典型應(yīng)用電路

在典型應(yīng)用中，DRV8816 通常用于驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)。通過(guò)簡(jiǎn)單的 INx/ENx 接口與控制器電路連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。同時(shí)，需要合理選擇外部元件，如電容、電阻等，以確保電路的穩(wěn)定性和性能。

2. 電源供應(yīng)建議

• 大容量電容：適當(dāng)?shù)谋镜卮笕萘侩娙輰?duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。其容量大小取決于電機(jī)系統(tǒng)所需的最大電流、電源的電容和供電能力、電源與電機(jī)系統(tǒng)之間的寄生電感、可接受的電壓紋波等因素。
• 電源監(jiān)控：使用控制輸入 nSLEEP 可在 DRV8816 不使用時(shí)最小化功耗。從低電平切換到高電平時(shí)，需等待 1ms 延遲，以便電荷泵穩(wěn)定后再施加 PWM 信號(hào)。

  3. PCB 布局

• 接地平面：PCB 應(yīng)使用厚重的接地平面，DRV8816 的熱焊盤應(yīng)直接焊接到 PCB 上，并通過(guò)熱過(guò)孔將熱量傳遞到其他層，以提高散熱性能。
• 電容布局：VBB 引腳應(yīng)使用電解電容（通常為 100μF）和陶瓷電容進(jìn)行去耦，且陶瓷電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備引腳。VCP 與 VBB 之間、連接到 VREG 的電容以及 CP1 與 CP2 之間的電容也應(yīng)靠近引腳，以減小引線電感。

五、總結(jié)與展望

DRV8816 以其豐富的功能、全面的保護(hù)特性和良好的性能，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇參數(shù)、優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和 PCB 布局，以充分發(fā)揮 DRV8816 的優(yōu)勢(shì)。隨著科技的不斷發(fā)展，我們期待看到 DRV8816 在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，為各類電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)更高效、更可靠的性能。

你在使用 DRV8816 或其他電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的過(guò)程中，遇到過(guò)哪些有趣的問(wèn)題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。