探索DRV8832-Q1：低電壓電機驅(qū)動的理想之選

在電子工程師的日常工作中，為電池供電的玩具、打印機等設(shè)備尋找合適的電機驅(qū)動解決方案是一項常見且關(guān)鍵的任務(wù)。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）推出的DRV8832-Q1低電壓電機驅(qū)動IC，看看它如何在低電壓或電池供電的運動控制應(yīng)用中發(fā)揮出色的性能。

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一、DRV8832-Q1的核心特性

1. 汽車級應(yīng)用資質(zhì)

DRV8832-Q1通過了AEC - Q100認證，這意味著它能夠在 - 40°C至125°C的環(huán)境溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，具備H2級別的人體模型（HBM）靜電放電（ESD）分類和C4B級別的充電器件模型（CDM）ESD分類，為汽車相關(guān)應(yīng)用提供了可靠的保障。

2. H橋電壓控制電機驅(qū)動

它可以驅(qū)動直流電機、步進電機的一個繞組或其他執(zhí)行器/負載。采用高效的PWM電壓控制，即使電源電壓變化，也能保持電機的恒定速度。此外，其低MOSFET導(dǎo)通電阻（HS + LS 450 mΩ）有助于提高效率。

3. 電流與電壓規(guī)格

最大直流/均方根（RMS）或峰值驅(qū)動電流可達1A，工作電源電壓范圍為2.75V至6.8V，睡眠模式電流僅為300nA（典型值），非常適合電池供電的應(yīng)用。

4. 其他特性

還具備參考電壓輸出、電流限制電路、故障輸出以及熱增強型表面貼裝封裝等特性，為電機驅(qū)動提供了全面的功能支持。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

DRV8832-Q1適用于各種電池供電的設(shè)備，如打印機、玩具、機器人、相機、手機等，以及小型執(zhí)行器、泵等。在這些應(yīng)用中，它能夠為設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電機驅(qū)動。

三、詳細功能剖析

1. PWM電機驅(qū)動與橋控制

DRV8832-Q1包含一個帶有PWM電壓控制電路和電流限制電路的H橋電機驅(qū)動器。通過IN1和IN2控制引腳可以實現(xiàn)H橋輸出的控制，不同的輸入組合對應(yīng)不同的電機運行模式，如睡眠/滑行、反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)和制動。需要注意的是，當從制動或睡眠模式轉(zhuǎn)換到正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，電壓控制PWM從0占空比開始緩慢上升，因此不能將高速PWM信號直接應(yīng)用于IN1和IN2引腳，可使用VSET引腳來控制電機速度。

2. 電壓調(diào)節(jié)

該芯片采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)來調(diào)節(jié)施加在電機繞組上的電壓，即使在電源電壓變化（如電池放電）的情況下，也能保持電機的恒定速度。通過監(jiān)測輸出引腳之間的電壓差并進行積分，與VSET引腳電壓進行比較，從而調(diào)整PWM輸出的占空比。

3. 參考輸出

提供參考電壓輸出，可用于設(shè)置電機電壓。在恒速應(yīng)用中，通常通過電阻分壓器將VREF連接到VSET，以提供所需電機驅(qū)動電壓的1/4。

4. 電流限制

電流限制電路可在過流情況下保護系統(tǒng)，如電機啟動或遇到異常機械負載（堵轉(zhuǎn)）時。通過監(jiān)測外部檢測電阻上的電壓，當電壓超過參考電壓（200mV）且持續(xù)約3μs以上時，降低PWM占空比以限制電機電流。如果過流情況持續(xù)約275ms，將向主機發(fā)送故障信號。

5. 保護電路

具備全面的保護功能，包括過流保護（OCP）、熱關(guān)斷（TSD）和欠壓鎖定（UVLO）。OCP可在異常情況下（如短路）防止器件損壞；TSD在芯片溫度超過安全限制時禁用H橋的所有FET；UVLO在VCC引腳電壓低于閾值時禁用器件并重置內(nèi)部邏輯。

四、應(yīng)用與設(shè)計要點

1. 典型應(yīng)用設(shè)計

以一個VCC電壓在4V至6V之間變化的系統(tǒng)為例，在設(shè)計時需要考慮電機電壓、電機電流跳閘點、檢測電阻選擇和低功耗操作等因素。

• 電機電壓：建議將電機電壓設(shè)置為系統(tǒng)最低VCC電壓，以在不同VCC條件下保持恒定的轉(zhuǎn)速。
• 電機電流跳閘點：當ISENSE引腳電壓超過VILIM（0.2V）時檢測到過流，通過選擇合適的RSENSE電阻來設(shè)置所需的ILIMIT水平。為防止誤跳閘，ILIMIT必須高于正常工作電流。
• 檢測電阻選擇：檢測電阻應(yīng)選擇表面貼裝、低電感、功率額定值足夠高且靠近電機驅(qū)動器的電阻。為了分散電流和散熱，可使用多個標準電阻并聯(lián)。
• 低功耗操作：在正常操作中，使用睡眠模式可最小化電源電流。如需進一步降低電流，可移除DRV8832-Q1的電源，并同時移除FAULTn上拉電阻的電源。

2. 電源供應(yīng)建議

• 電源監(jiān)控：通過將INx控制輸入置為低電平，DRV8832-Q1可進入低功耗睡眠模式；將INx輸入置為高電平可退出睡眠模式，此時FAULTn引腳會短暫脈沖為低。
• 大容量電容：適當?shù)谋镜卮笕萘侩娙輰τ陔姍C驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計至關(guān)重要。所需的電容值取決于電機系統(tǒng)的最大電流、電源的電容和供電能力、電源與電機系統(tǒng)之間的寄生電感、可接受的電壓紋波、電機類型和制動方法等因素。

3. 布局注意事項

• VCC引腳旁路：使用低ESR陶瓷旁路電容（推薦值為0.1μF）將VCC引腳旁路到GND，并將電容盡可能靠近VCC引腳放置，通過厚走線或接地平面連接到器件的GND引腳。
• 大容量電容放置：使用適當?shù)拇笕萘侩娙荩ㄈ?a target="_blank">電解電容）將VCC引腳旁路到地，并將其放置在靠近DRV8832-Q1的位置。
• 熱考慮：DRV8832-Q1具備熱關(guān)斷功能，當芯片溫度超過約160°C時，器件將被禁用，直到溫度降至安全水平。為了確保正常散熱，可通過將PowerPAD?封裝的暴露焊盤與PCB上的銅連接來實現(xiàn)，如在多層PCB上添加過孔連接熱焊盤與接地平面，或在無內(nèi)部平面的PCB上增加銅面積。

五、總結(jié)

DRV8832-Q1是一款功能強大、性能可靠的低電壓電機驅(qū)動IC，它在電池供電的應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢。通過合理的設(shè)計和布局，電子工程師可以充分發(fā)揮其特性，為各種設(shè)備提供穩(wěn)定、高效的電機驅(qū)動解決方案。在實際應(yīng)用中，你是否遇到過類似電機驅(qū)動芯片的使用問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。