DRV8805：高效單極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的全面解析

在電子工程師的日常工作中，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)問題一直是關(guān)注的焦點(diǎn)。今天，我要為大家詳細(xì)介紹一款德州儀器（TI）推出的單極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC——DRV8805，相信它會(huì)給大家?guī)硇碌脑O(shè)計(jì)思路。

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一、DRV8805的產(chǎn)品特性

1. 強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力

DRV8805是一款4通道保護(hù)型低側(cè)驅(qū)動(dòng)器，集成了四個(gè)帶過流保護(hù)的NMOS FET和電感鉗位二極管。不同封裝具有不同的最大驅(qū)動(dòng)電流：DW封裝在25°C時(shí)，單通道開啟可達(dá)1.5A，四通道開啟為800mA；PWP封裝在25°C且有適當(dāng)PCB散熱的情況下，單通道開啟能達(dá)到2A，四通道開啟為1A。這意味著它可以應(yīng)對多種功率需求的單極步進(jìn)電機(jī)。

2. 簡單的控制接口

它集成了適用于單極步進(jìn)電機(jī)的索引器/轉(zhuǎn)換器，通過簡單的步進(jìn)/方向接口就能實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。同時(shí)支持三種步進(jìn)模式：2相全步、1 - 2相半步和1相波驅(qū)動(dòng)，能滿足不同的應(yīng)用需求。

3. 寬工作電壓范圍

DRV8805的工作電源電壓范圍為8.2V至60V，這使得它在不同的電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作，為設(shè)計(jì)帶來了更大的靈活性。

4. 散熱優(yōu)勢

采用了熱增強(qiáng)型表面貼裝封裝，有效提高了散熱性能，減少了因過熱導(dǎo)致的性能下降問題。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

DRV8805的應(yīng)用十分廣泛，尤其在游戲機(jī)和通用單極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面表現(xiàn)出色。它能夠?yàn)檫@些設(shè)備提供精確的電機(jī)控制，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

三、詳細(xì)功能描述

1. 輸出驅(qū)動(dòng)器

DRV8805的四個(gè)低側(cè)驅(qū)動(dòng)器都帶有集成鉗位二極管，連接到公共引腳VCLAMP。VCLAMP既可以連接到主電源電壓VM，也能通過齊納或TVS二極管連接到VM，這樣可以讓開關(guān)電壓超過主電源電壓VM，在驅(qū)動(dòng)單極步進(jìn)電機(jī)等需要快速電流衰減的負(fù)載時(shí)非常有用。但要注意，輸出電壓不能超過最大輸出電壓規(guī)格。

2. 索引器操作

3. 控制引腳操作

• nENBL引腳：用于啟用或禁用輸出驅(qū)動(dòng)器，低電平有效，且該引腳有內(nèi)部下拉電阻。
• RESET引腳：高電平激活時(shí)，會(huì)將內(nèi)部邏輯復(fù)位，索引器回到初始狀態(tài)。同樣，該引腳也有內(nèi)部下拉電阻，并且芯片內(nèi)部有上電復(fù)位功能，上電時(shí)無需手動(dòng)驅(qū)動(dòng)RESET引腳。

4. 保護(hù)電路

• 過流保護(hù)（OCP）：每個(gè)FET上都有模擬電流限制電路，當(dāng)電流超過限制且持續(xù)時(shí)間超過約3.5μs時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)被禁用，nFAULT引腳變?yōu)榈碗娖?。?jīng)過約1.2ms的重試時(shí)間后，故障會(huì)自動(dòng)清除，也可以通過激活RESET引腳或重新施加VM來立即清除故障。
• 熱關(guān)斷（TSD）：當(dāng)芯片溫度超過安全限制時(shí)，所有輸出FET會(huì)被禁用，nFAULT引腳變?yōu)榈碗娖?，STEP輸入將被忽略。當(dāng)溫度下降到安全水平后，設(shè)備會(huì)自動(dòng)恢復(fù)工作。
• 欠壓鎖定（UVLO）：如果VM引腳電壓低于欠壓鎖定閾值電壓，設(shè)備內(nèi)的所有電路將被禁用，內(nèi)部邏輯復(fù)位。當(dāng)VM電壓上升到閾值以上時(shí)，設(shè)備恢復(fù)正常工作。

四、設(shè)計(jì)與應(yīng)用要點(diǎn)

1. 典型應(yīng)用電路

在典型應(yīng)用中，DRV8805可以用來驅(qū)動(dòng)一個(gè)單極步進(jìn)電機(jī)。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮一些參數(shù)，如電源電壓、電機(jī)繞組電阻、電機(jī)全步角、電機(jī)額定電流和PWM頻率等。例如，選擇合適的電源電壓可以影響電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度，較高的電壓能縮短電機(jī)線圈中的電流上升時(shí)間，從而提高平均轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行速度。

2. 電源供應(yīng)

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，適當(dāng)?shù)谋镜卮笕萘?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/電容/" target="_blank">電容非常重要。電容的選擇需要綜合考慮電機(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、電機(jī)類型和制動(dòng)方法等因素。雖然增加大容量電容通常有益，但也會(huì)增加成本和物理尺寸，因此需要通過系統(tǒng)級測試來確定合適的電容值。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。

3. PCB布局

良好的PCB布局對于DRV8805的性能至關(guān)重要。以下是一些布局建議：

• 大容量電容應(yīng)盡可能靠近電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，以縮短高電流路徑的距離，同時(shí)連接的金屬走線應(yīng)盡量寬，并使用多個(gè)過孔連接不同的PCB層，以減少電感并確保電容能快速提供大電流。
• 小值電容應(yīng)使用陶瓷電容，并靠近設(shè)備引腳放置。
• 高電流設(shè)備輸出應(yīng)使用寬金屬走線。
• 設(shè)備的散熱墊應(yīng)焊接到PCB頂層接地平面，并使用多個(gè)過孔連接到底層大接地平面，以幫助散熱。

4. 散熱考慮

DRV8805具有熱關(guān)斷功能，當(dāng)芯片溫度超過約150°C時(shí)，設(shè)備將被禁用，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。功率耗散主要由輸出FET的電阻決定，可以通過公式 (P = R{DS(ON)} cdot (I{OUT})^2) 大致估算。在設(shè)計(jì)散熱片時(shí)，需要考慮到 (R_{DS(ON)}) 會(huì)隨溫度升高而增加，從而導(dǎo)致功率耗散增加。不同封裝的散熱方式也有所不同，DW封裝通過將中心引腳內(nèi)部連接到管芯焊盤來散熱，PWP封裝則使用帶有外露PowerPAD?的HTSSOP封裝，需要將該焊盤與PCB上的銅層進(jìn)行熱連接。

五、總結(jié)

DRV8805是一款功能強(qiáng)大、性能可靠的單極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC，它的多種特性和保護(hù)功能為電子工程師在設(shè)計(jì)單極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)提供了便利。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理選擇封裝、設(shè)置工作參數(shù)，并注意電源供應(yīng)、PCB布局和散熱等問題，以充分發(fā)揮DRV8805的優(yōu)勢。大家在使用DRV8805的過程中遇到過什么問題呢？或者對于電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)還有哪些疑問，歡迎在評論區(qū)交流。