汽車級3.6A有刷直流電機驅動芯片DRV8872-Q1：設計與應用全解析

在汽車電子領域，電機驅動芯片的性能和穩定性直接影響著整個系統的運行。今天我們要深入探討的是德州儀器（TI）推出的DRV8872 - Q1，一款專為汽車應用打造的有刷直流（BDC）電機驅動芯片。

文件下載：drv8872-q1.pdf

一、芯片特性亮點

汽車級認證

DRV8872 - Q1通過了AEC - Q100認證，適用于汽車應用。其工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，具備良好的抗靜電能力，人體模型（HBM）靜電放電等級為2級，充電器件模型（CDM）靜電放電等級為C4B。

強大驅動能力

作為H橋電機驅動器，它能夠驅動一個直流電機、步進電機的一個繞組或其他負載。工作電壓范圍寬，從6.8V到45V，典型的 (R_{DS(on)}) （高側 + 低側）為565mΩ，可提供3.6A的峰值電流驅動。

靈活控制與模式

采用PWM控制接口，還集成了電流調節功能，能夠有效限制電流，降低系統功耗和所需的電容值。具備低功耗睡眠模式，可在不工作時降低能耗。而且設有故障狀態輸出引腳（nFAULT），方便系統監測故障。

小封裝大作用

采用8引腳HSOP封裝，帶有PowerPAD?，尺寸僅為4.9×6mm，節省了電路板空間。

全面保護機制

芯片集成了多種保護功能，如VM欠壓鎖定（UVLO）、過流保護（OCP）、熱關斷（TSD）、故障報告（nFAULT）以及自動故障恢復功能，確保芯片在各種異常情況下的安全性和可靠性。

二、應用場景廣泛

DRV8872 - Q1在汽車信息娛樂系統、HUD投影儀調整、電動換擋旋鈕、壓電喇叭驅動等領域都有出色的應用表現，為汽車的智能化和舒適性提供了有力支持。

三、芯片詳細解讀

工作原理

芯片通過兩個邏輯輸入（IN1和IN2）控制由四個N溝道MOSFET組成的H橋驅動器，實現對電機的雙向控制。可通過脈寬調制（PWM）控制電機速度，根據不同的電流衰減模式選擇合適的控制方式。當兩個輸入都為低電平時，芯片進入低功耗睡眠模式。

電流調節

基于內部參考電壓和ISEN引腳的電壓（與電機電流成正比）實現集成電流調節，可通過公式 (I{TRIP }(A)=frac{V{TRIP }(V)}{R{ISEN }(Omega)}=frac{0.35( V)}{R{ISEN }(Omega)}) 計算限流值。當達到限流值時，芯片會使兩個低側FET導通，實現緩慢電流衰減。

保護電路

• VM欠壓鎖定（UVLO）：當VM引腳電壓低于閾值時，H橋中的所有FET都將被禁用，直到VM電壓上升到閾值以上才恢復工作。
• 過流保護（OCP）：如果輸出電流超過OCP閾值 (I{OCP}) 且持續時間超過 (t{OCP}) ，則H橋中的所有FET將被禁用一段時間 (t_{RETRY}) ，之后根據INx引腳的狀態重新啟用H橋。
• 熱關斷（TSD）：當芯片管芯溫度超過安全限制時，H橋中的所有FET都將被禁用，直到溫度降至安全水平后自動恢復工作。

功能模式

• 帶電流調節的PWM模式：充分利用芯片的各項功能，通過設置 (I_{TRIP}) 電流來控制電機的速度和電流，通常在空閑時間使用制動和慢衰減模式。
• 無電流調節的PWM模式：將ISEN引腳直接連接到PCB接地層，可提供高達3.6A的峰值電流，但需注意避免過流和過熱保護觸發。
• 帶電流調節的靜態輸入模式：將IN1和IN2引腳設置為高電平或低電平以實現100%占空比驅動，通過 (I_{TRIP}) 控制電機的電流、速度和扭矩。
• VM控制模式：在某些系統中，通過改變VM電壓來改變電機速度。

四、設計與應用要點

典型應用

一個典型的DRV8872 - Q1應用電路包括電機、電源、控制器等部分。在設計時，需要注意合理選擇電機電壓、驅動電流和檢測電阻等參數。

電源推薦

適當的本地大容量電容對于電機驅動系統設計至關重要。電容的選擇需要考慮電機系統所需的最大電流、電源的電容和供電能力、電源與電機系統之間的寄生電感、可接受的電壓紋波、電機類型和制動方法等因素。

布局設計

• 大容量電容應盡量靠近電機驅動芯片，以減小高電流路徑的距離，連接的金屬走線應盡可能寬，并使用多個過孔連接PCB層，以降低電感。
• 小容量電容應采用陶瓷電容，并靠近芯片引腳放置。
• 高電流輸出引腳應使用寬金屬走線。
• 芯片的散熱焊盤應焊接到PCB頂層接地平面，并使用多個過孔連接到底層大接地平面，以幫助散熱。

散熱考慮

芯片具有熱關斷（TSD）功能，當管芯溫度超過約175°C時，芯片將被禁用，直到溫度降至滯后溫度以下。為避免芯片進入TSD狀態，需要注意控制功率耗散、確保足夠的散熱措施和合適的環境溫度。

五、文檔與支持

德州儀器為DRV8872 - Q1提供了豐富的文檔支持，包括相關應用報告和技術文檔。用戶可以通過ti.com網站注冊接收文檔更新通知，還可以在TI E2E?在線社區與其他工程師交流經驗、解決問題。

DRV8872 - Q1以其出色的性能、全面的保護功能和靈活的應用模式，為汽車電子領域的電機驅動設計提供了一個優秀的解決方案。在實際應用中，工程師們需要根據具體的需求和系統要求，合理設計電路和布局，以充分發揮芯片的優勢。你在使用類似芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。