DRV8313：高性能電機驅(qū)動芯片的深度剖析

在電機驅(qū)動領(lǐng)域，找到一款性能卓越、功能豐富且適配性強的芯片并非易事。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）的DRV8313，一款專為電機驅(qū)動應(yīng)用精心打造的芯片。

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一、芯片概述

DRV8313是一款集成了三個獨立2.5 - A半H橋、保護電路、睡眠模式、故障報告和比較器的芯片。其單電源支持8 - 60V的寬電壓范圍，這一特性使得它在眾多電機驅(qū)動應(yīng)用中都能游刃有余，無論是小型設(shè)備還是大型工業(yè)機械，都能找到它的用武之地。

二、關(guān)鍵特性

（一）強大的驅(qū)動能力

它擁有2.5 - A的峰值電流驅(qū)動能力，能夠輕松應(yīng)對高負載需求。同時，低MOSFET導(dǎo)通電阻的設(shè)計，有效降低了功率損耗，提高了能源利用效率。這種特性在需要長時間運行的設(shè)備中尤為重要，能夠減少發(fā)熱，延長設(shè)備的使用壽命。

（二）靈活的控制方式

具備獨立的半H橋控制功能，用戶可以根據(jù)實際需求對每個半H橋進行單獨控制。此外，未使用的比較器可以用于電流限制或其他功能，為設(shè)計提供了更多的靈活性。比如在一些對電流控制要求嚴(yán)格的應(yīng)用中，就可以利用這個比較器來實現(xiàn)精確的電流限制。

（三）豐富的保護機制

芯片內(nèi)置了針對欠壓、過流、短路和過溫的保護功能。當(dāng)出現(xiàn)故障時，nFAULT引腳會發(fā)出信號，提醒用戶及時處理。這種全方位的保護機制大大提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了因故障導(dǎo)致的設(shè)備損壞和停機時間。

（四）低功耗睡眠模式

睡眠模式的設(shè)計使得芯片在待機狀態(tài)下能夠降低功耗，節(jié)省能源。這對于一些需要長時間待機的設(shè)備來說，是一個非常實用的功能。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

（一）攝影設(shè)備

在相機云臺中，DRV8313能夠提供精確的電機控制，確保云臺的穩(wěn)定運行，為拍攝出高質(zhì)量的畫面提供保障。

（二）暖通空調(diào)

在HVAC電機中，它可以根據(jù)環(huán)境需求精確調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)節(jié)能和高效運行。

（三）辦公自動化

在辦公自動化機器中，如打印機、復(fù)印機等，DRV8313能夠保證電機的穩(wěn)定運行，提高設(shè)備的工作效率。

（四）工業(yè)自動化

在工廠自動化和機器人領(lǐng)域，其強大的驅(qū)動能力和靈活的控制方式，能夠滿足復(fù)雜的運動控制需求。

四、技術(shù)細節(jié)

（一）輸出級設(shè)計

DRV8313包含三個半H橋驅(qū)動器，低側(cè)FET的源極引腳獨立，方便用戶進行低側(cè)電流檢測。用戶可以根據(jù)需要選擇使用單個低側(cè)檢測電阻或直接接地。但在使用低側(cè)檢測電阻時，要注意PGND引腳的電壓不能超過±500mV。

（二）橋控制邏輯

INx輸入引腳直接控制OUTx輸出的狀態(tài)，ENx輸入引腳則用于啟用或禁用OUTx驅(qū)動器。這種邏輯設(shè)計簡單明了，易于實現(xiàn)精確的電機控制。

（三）電荷泵電路

由于輸出級使用N溝道FET，需要高于VM電源的柵極驅(qū)動電壓。DRV8313集成的電荷泵電路能夠滿足這一需求，并且在nSLEEP為低電平時會關(guān)閉，進一步降低功耗。

（四）比較器應(yīng)用

芯片內(nèi)置的未使用比較器可以作為電流限制比較器使用。通過將低側(cè)FET的電流通過單個低側(cè)檢測電阻進行檢測，并與參考電壓進行比較，當(dāng)檢測電壓超過參考電壓時，就會觸發(fā)電流限制條件。

（五）保護功能實現(xiàn)

1. 欠壓鎖定（UVLO）：當(dāng)VM引腳電壓低于欠壓閾值時，所有FET將被禁用，電荷泵關(guān)閉，內(nèi)部邏輯復(fù)位，nFAULT引腳拉低。當(dāng)VM電壓恢復(fù)正常時，設(shè)備將恢復(fù)運行。
2. 熱關(guān)斷（TSD）：如果芯片溫度超過安全限制，所有FET將被禁用，nFAULT引腳拉低。當(dāng)溫度降至安全水平時，設(shè)備將自動恢復(fù)運行。
3. 過流保護（OCP）：每個FET都有模擬電流限制電路，當(dāng)電流超過限制且持續(xù)時間超過tOCP時，設(shè)備將禁用相應(yīng)通道并拉低nFAULT引腳。

五、應(yīng)用設(shè)計

（一）三相無刷直流電機控制

在三相無刷直流電機控制應(yīng)用中，DRV8313可以驅(qū)動梯形（120°）和正弦（180°）換向，支持同步和異步整流。設(shè)計時需要根據(jù)電機的參數(shù)，如額定電壓、電流、繞組電阻和電感等，合理選擇電源電壓和PWM頻率。

（二）帶電流監(jiān)測的三相無刷直流電機控制

通過配置未使用的比較器，可以實現(xiàn)對電機電流的監(jiān)測。在設(shè)計時，需要根據(jù)所需的跳閘電流選擇合適的檢測電阻，并通過電阻分壓設(shè)置比較器的參考電壓。

（三）有刷直流和螺線管負載驅(qū)動

對于有刷直流電機和螺線管負載，DRV8313可以通過控制INx和ENx引腳實現(xiàn)不同的功能，如正反轉(zhuǎn)、制動和滑行等。

六、布局和散熱設(shè)計

（一）布局準(zhǔn)則

在PCB布局時，要將大容量電容盡量靠近電機驅(qū)動設(shè)備，以減小高電流路徑的距離。連接的金屬走線要盡可能寬，并使用多個過孔連接不同的PCB層，以降低電感。小容量電容應(yīng)選用陶瓷電容，并靠近芯片引腳放置。

（二）散熱考慮

DRV8313具有熱關(guān)斷功能，但為了保證芯片的正常運行，仍需要做好散熱設(shè)計。PowerPAD封裝的芯片需要將散熱墊焊接到PCB頂層的接地平面，并通過多個過孔連接到底層的大接地平面，以提高散熱效率。

七、總結(jié)

DRV8313憑借其強大的驅(qū)動能力、靈活的控制方式、豐富的保護功能和低功耗設(shè)計，成為了電機驅(qū)動領(lǐng)域的一顆璀璨明星。無論是在小型消費電子設(shè)備還是大型工業(yè)自動化系統(tǒng)中，它都能提供可靠的解決方案。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場景，合理設(shè)計電路和布局，充分發(fā)揮DRV8313的優(yōu)勢。各位工程師朋友們，在你們的項目中有沒有使用過類似的芯片呢？對于DRV8313的應(yīng)用，你們又有哪些獨特的見解和經(jīng)驗?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流！