深入解析DRV8424E/P與DRV8425E/P：雙H橋電機驅動的理想之選

在工業(yè)應用的電機驅動領域，雙H橋電機驅動器一直是實現(xiàn)高效、精確控制的關鍵組件。今天，我們就來深入剖析德州儀器（TI）推出的DRV8424E/P和DRV8425E/P這兩款雙H橋電機驅動器，探討它們的特性、應用以及設計要點。

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一、產(chǎn)品概述

DRV8424E/P和DRV8425E/P是為多種工業(yè)應用量身定制的雙H橋電機驅動器。它們既可以驅動兩個直流電機，也能驅動一個雙極步進電機，具有廣泛的適用性。這兩款驅動器采用了集成電流感測和調節(jié)電路，無需外部功率感測電阻，大大節(jié)省了電路板空間和成本。同時，它們還具備多種保護功能，能有效提高系統(tǒng)的可靠性。

二、產(chǎn)品特性

2.1 驅動能力多樣

• 電機類型適配廣泛：支持一個雙極步進電機、兩個雙向有刷直流電機或四個單向有刷直流電機的驅動，滿足不同應用場景的需求。
• 高電流輸出：DRV8424E/P能夠提供高達4A的峰值電流（有刷電機）或2.5A的滿量程電流（步進電機）；DRV8425E/P則可提供3.2A的峰值電流（有刷電機）或2A的滿量程電流（步進電機）。不過，實際的滿量程和均方根電流會受到環(huán)境溫度、電源電壓和PCB散熱能力的影響。

2.2 集成電流感測功能

• 無需外部感測電阻：采用集成電流感測架構，通過電流鏡方法和內部功率MOSFET進行電流感測，消除了感測電阻的功率損耗，節(jié)省了電路板空間和成本。
• 高精度電流控制：滿量程電流精度可達±5%，能實現(xiàn)精確的電流調節(jié)。

2.3 寬工作電壓范圍

支持4.5V至33V的工作電源電壓范圍，適應不同的電源系統(tǒng)。

2.4 多種控制接口選項

提供PHASE/ENABLE（PH/EN）和PWM（IN/IN）兩種控制接口，方便與控制器電路進行連接。

2.5 可配置的電流調節(jié)

• 多種衰減模式：支持智能調諧動態(tài)衰減、智能調諧紋波控制、混合衰減和快速衰減等多種衰減模式，可根據(jù)不同的應用需求進行選擇。
• 可調節(jié)的PWM關斷時間：PWM關斷時間tOFF可調整為7、16、24或32μs，進一步優(yōu)化電流調節(jié)。

2.6 低功耗睡眠模式

當不驅動電機時，可進入低功耗睡眠模式，此時電流僅為2μA，能夠有效節(jié)省系統(tǒng)功耗。

2.7 低電磁干擾（EMI）

采用擴頻時鐘技術，降低了電磁干擾，提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。

2.8 完善的保護功能

包括VM欠壓鎖定（UVLO）、電荷泵欠壓（CPUV）、過流保護（OCP）、熱關斷（OTSD）等保護功能，確保設備在異常情況下的安全運行。同時，還提供故障狀態(tài)輸出（nFAULT），方便及時發(fā)現(xiàn)和處理故障。

三、產(chǎn)品應用

DRV8424E/P和DRV8425E/P廣泛應用于多個領域，如打印機和掃描儀、ATM機和紡織機械、辦公和家庭自動化、工廠自動化和機器人、主要家用電器以及真空、人形和玩具機器人等。

四、詳細設計與實現(xiàn)

4.1 典型應用：驅動有刷直流電機

• 設計要求：以驅動兩個有刷直流電機為例，設計輸入?yún)?shù)包括電源電壓VM（如24V）、電機繞組電阻RL（如1.2Ω）、電機繞組電感LL（如2.3mH）、開關頻率fPWM（如30kHz）和每個電機的調節(jié)電流IREG（如1.5A）。
• 電流調節(jié)：調節(jié)電流IREG由VREFx模擬電壓設定，計算公式為(I{REG}(A)=V{REFx}(V) / K{V}(V / A)=V{REFx}(V) / 1.32(V/A))。在啟動有刷直流電機時，電流調節(jié)可限制涌流，防止啟動時的高電流。
• 功率損耗和熱計算：總功率損耗(P{TOT})由功率MOSFET的導通損耗(P{COND})、開關損耗(P{SW})和靜態(tài)電源電流損耗(P{Q})組成，即(P{TOT}=P{COND}+P{SW}+P{Q})。其中，(P{COND})可根據(jù)設備的(R{DS(ON)})和調節(jié)輸出電流IREG計算；(P{SW})與電源電壓、調節(jié)輸出電流、開關頻率以及設備的輸出上升和下降時間有關；(P{Q})則由電源電壓和VM靜態(tài)電流決定。在計算時，需要注意(R{DS(ON)})與設備溫度密切相關，可參考典型特性曲線中的歸一化(R{DS(ON)})與溫度曲線。同時，要確保設備的結溫在規(guī)定的工作范圍內。

4.2 替代應用：驅動步進電機

• 設計要求：以驅動步進電機為例，設計輸入?yún)?shù)包括電源電壓VM（如24V）、電機繞組電阻RL（如0.93Ω/相）、電機繞組電感LL（如1.9mH/相）、電機全步角θstep（如1.8°/步）、目標微步進級別nm（如1/2步）、目標電機速度v（如90rpm）和目標滿量程電流IFS（如2A）。
• 電流調節(jié)：步進電機的滿量程電流IFS取決于VREFx電壓，計算公式為(I{FS}(A)=V{REF}(V) / 1.32(V / A))。同時，IFS電流還需滿足(I{FS}{L}(Omega)+2 × R_{D S(O N)}(Omega)})，以避免電機飽和。
• 步進電機速度：為了實現(xiàn)正確的速度控制，需要確定輸入波形的頻率。頻率(f{step})可根據(jù)目標電機速度v、微步進級別nm和電機全步角θstep計算得出，公式為(f{step}( steps / s)=frac{v(rpm) × 360(° / rot)}{theta{step}(° / step ) × n{m}( steps / microstep ) × 60( s / min)})。
• 衰減模式：設備支持快速衰減、混合衰減和智能調諧等多種衰減模式。通過可調的固定關斷時間方案，在電機繞組電流達到斬波閾值后，設備會將繞組置于其中一種衰減模式下，持續(xù)時間為TOFF，之后開始新的驅動階段。