DRV8426E/P：多功能電機驅動芯片的詳細剖析

引言

在電機驅動領域，一款性能卓越的驅動芯片往往能為工程師們的設計帶來極大的便利和優勢。德州儀器（TI）的DRV8426E/P雙H橋電機驅動器就是這樣一款備受關注的產品。它集成了電流感應和智能調諧技術，適用于多種工業應用。本文將深入探討DRV8426E/P的特性、應用、詳細工作原理以及設計要點。

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一、產品特性亮點

（一）多電機驅動能力

DRV8426E/P是一款雙H橋電機驅動器，具備驅動多種類型電機的能力。它可以驅動一臺雙極步進電機，也能控制兩臺雙向有刷直流電機，甚至能驅動四臺單向有刷直流電機。這種多樣化的驅動能力使其在不同的電機控制場景中都能發揮作用。

（二）集成電流感應功能

該芯片集成了電流感應功能，這意味著無需額外的感測電阻。這不僅節省了電路板空間，還降低了系統成本。同時，它具有±5%的滿量程電流精度，能夠準確地控制電機電流。

（三）寬工作電壓范圍

其工作電源電壓范圍為4.5 - 33V，適用于多種電源環境。這一特性使得DRV8426E/P在不同的工業應用中具有很強的適應性。

（四）多控制接口選項

提供了PHASE/ENABLE (PH/EN)和PWM (IN/IN)兩種控制接口選項，方便工程師根據不同的應用需求進行靈活選擇。

（五）智能調諧與多種衰減模式

支持智能調諧、快速和混合衰減選項。智能調諧技術能夠根據電機的運行狀態自動調整衰減模式，優化電機的運行性能。

（六）低導通電阻與高電流容量

在24V、25°C的條件下，其低導通電阻 (R_{DS(ON)}) 為900 mΩ （HS + LS），每個橋具有較高的電流容量，峰值電流可達2.5A（有刷），滿量程電流可達1.5A（步進）。

（七）引腳兼容性

與DRV8424E/P、DRV8436E/P和DRV8434E/P引腳兼容，方便工程師在不同產品之間進行替換和升級。

（八）可配置關斷時間

支持可配置的關斷時間PWM斬波，可設置為7、16、24或32 μs，滿足不同的電機控制需求。

（九）多邏輯電平輸入支持

支持1.8V、3.3V、5.0V邏輯輸入，與多種控制器兼容。

（十）低功耗睡眠模式

具有低電流睡眠模式（2 μA），能夠在不驅動電機時降低功耗，提高系統的能效。

（十一）低EMI與浪涌電流限制

采用擴頻時鐘技術降低電磁干擾（EMI），并在有刷直流應用中具備浪涌電流限制功能，提高了系統的穩定性和可靠性。

（十二）小封裝與豐富保護功能

采用小封裝和小尺寸引腳布局，節省電路板空間。同時具備多種保護功能，如VM欠壓鎖定（UVLO）、電荷泵欠壓（CPUV）、過流保護（OCP）和熱關斷（OTSD），并提供故障狀態輸出（nFAULT）。

二、廣泛的應用領域

DRV8426E/P適用于眾多工業和消費領域，包括打印機和掃描儀、自動取款機（ATM）、貨幣計數器、銷售點終端（EPOS）、辦公和家庭自動化、工廠自動化和機器人、大小型家用電器以及真空、人形和玩具機器人等。

三、芯片詳細描述

（一）整體架構

DRV8426E/P集成了兩個N溝道功率MOSFET H橋、集成電流感應和調節電路。它使用內部電流鏡架構進行電流感應，無需外部大功率分流電阻，節省了電路板面積和系統成本。

（二）電流調節

電機繞組中的電流通過可調的關斷時間PWM電流調節電路進行調節。當H橋啟用時，電流以取決于直流電壓、繞組電感和反電動勢大小的速率上升。當電流達到電流調節閾值時，橋進入衰減模式一段時間，以降低電流。關斷時間結束后，橋再次啟用，開始另一個PWM周期。電流調節閾值由VREFA和VREFB引腳的電壓設置。

（三）衰減模式

1. 混合衰減：開始時為30% (t{OFF}) 的快速衰減，隨后是剩余時間的慢速衰減。這種模式的紋波比慢速衰減大，但比快速衰減小，在電流下降步驟中能更快地穩定到新的 (I{TRIP}) 水平。
2. 快速衰減：當電流達到閾值時，H橋極性反轉。這種模式的電流紋波最大，但在電流下降步驟中的過渡時間比慢速衰減快得多。
3. 智能調諧動態衰減：一種先進的電流調節控制方法，能根據電機繞組電阻和電感、電機老化效應、動態速度和負載、電機電源電壓變化以及低電流和高電流dI/dt等運行因素自動調整衰減模式，在慢速、混合和快速衰減之間進行優化配置，以實現最低的電流紋波。
4. 智能調諧紋波控制：通過設置 (I{VALLEY}) 水平，當電流達到 (I{TRIP}) 時，進入慢速衰減直到達到 (I_{VALLEY}) 。這種方法能更嚴格地調節電流水平，提高電機效率和系統性能。

   （四）電荷泵與線性穩壓器

   集成了電荷泵，為高端N溝道MOSFET提供柵極驅動電壓。同時還集成了線性電壓調節器，DVDD調節器可提供參考電壓，最大負載為2mA。

   （五）保護電路

   具備完善的保護電路，包括VM欠壓鎖定（UVLO）、VCP欠壓鎖定（CPUV）、過流保護（OCP）和熱關斷（OTSD）。當出現故障時，nFAULT引腳會被拉低，以指示故障狀態。

四、應用與設計要點

（一）典型應用

在典型應用中，DRV8426E/P可配置為通過H橋配置驅動兩個外部負載（如兩個有刷直流電機）的雙向電流。H橋的極性和占空比由外部控制器通過xEN/xIN1和xPH/xIN2引腳進行控制。

（二）設計要求與步驟

1. 電流調節：通過VREF引腳設置ITRIP電流水平，計算公式為 (I{TRIP}(A) = V{REF}(V) / 2.2 (V/A)) 。可以通過連接電阻分壓器從DVDD引腳到地來編程VREF電壓。
2. 功率耗散與熱計算：總功率耗散 (P{TOT}) 由功率MOSFET (R{DS(ON)}) （導通）損耗、功率MOSFET開關損耗和靜態電源電流耗散三部分組成。需要確保器件的結溫在規定的工作范圍內。

   （三）電源與布局建議

3. 電源：輸入電壓供應（VM）范圍為4.5 - 33V，每個VM引腳必須靠近器件放置一個額定為VM的0.01 μF陶瓷電容，并在VM上包含一個大容量電容。
4. 布局：VM引腳應通過一個低ESR陶瓷旁路電容（推薦值為0.01 μF，額定為VM）旁路到PGND，且該電容應盡可能靠近VM引腳放置。此外，CPL和CPH引腳之間、VM和VCP引腳之間以及DVDD引腳都需要放置合適的低ESR陶瓷電容。熱PAD必須連接到系統地。

五、總結與思考

DRV8426E/P以其豐富的功能、高集成度和良好的性能，為電機驅動設計提供了一個優秀的解決方案。它在節省電路板空間、降低成本和提高系統可靠性方面具有顯著優勢。然而，在實際應用中，工程師們仍需要根據具體的應用需求，合理選擇控制接口、衰減模式和配置參數，以充分發揮該芯片的性能。同時，在電源和布局設計方面，也需要嚴格遵循建議，確保系統的穩定性和可靠性。大家在使用DRV8426E/P的過程中，是否也遇到過一些獨特的問題或有一些特別的設計經驗呢？歡迎在評論區分享交流。