深入了解 DRV8837 和 DRV8838：低電壓 H 橋驅動器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，電機驅動是一個常見且關鍵的領域。今天，我們就來深入探討兩款備受關注的低電壓 H 橋驅動器——DRV8837 和 DRV8838。它們不僅能為電機驅動帶來高效、穩定的解決方案，還具備諸多實用的特性和保護功能。

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一、產品概述

DRV883x 系列產品是德州儀器（TI）推出的集成電機驅動解決方案，適用于相機、消費產品、玩具以及其他低電壓或電池供電的運動控制應用。它可以驅動一個直流電機或其他設備，如螺線管。其獨特之處在于將所需的驅動 FET 和 FET 控制電路集成到單個設備中，大大減少了電機驅動系統的組件數量。

二、產品特性

2.1 性能優勢

• 低導通電阻：HS + LS 的導通電阻僅為 280 mΩ，這有助于降低功率損耗，提高驅動效率。
• 高驅動電流：最大驅動電流可達 1.8 A，能夠滿足大多數電機的驅動需求。
• 獨立電源引腳：電機電源 VM 范圍為 0 至 11 V，邏輯電源 VCC 范圍為 1.8 至 7 V，提供了靈活的電源配置選項。

2.2 接口類型

• DRV8837：采用 PWM（IN1 - IN2）輸入接口，操作較為直觀，適合對 PWM 控制熟悉的工程師。
• DRV8838：配備 PH - EN 輸入接口，通過相位和使能信號來控制電機，在一些特定應用中具有優勢。

2.3 低功耗睡眠模式

通過 nSLEEP 引腳可以使設備進入低功耗睡眠模式，最大睡眠電流僅為 120 nA，有效降低了系統功耗，延長了電池續航時間。

2.4 小巧封裝

采用 8 引腳 WSON 封裝，尺寸僅為 2.0 × 2.0 mm，節省了電路板空間，適用于對空間要求較高的應用場景。

2.5 保護功能

• VCC 欠壓鎖定（UVLO）：當 VCC 電壓低于閾值時，自動禁用 H 橋的所有 FET，確保設備在合適的電壓條件下工作。
• 過流保護（OCP）：通過模擬電流限制電路，當電流超過設定值時，及時切斷 FET 的柵極驅動，防止設備因過流損壞。
• 熱關斷（TSD）：當芯片溫度超過安全范圍時，自動禁用 H 橋，待溫度下降到安全水平后再恢復工作，保護設備免受過熱損壞。

三、引腳配置與功能

3.1 引腳布局

3.2 引腳功能解析

每個引腳都有其特定的功能，在設計電路時需要根據實際需求進行合理連接。例如，VCC 和 VM 引腳需要通過合適的電容進行旁路，以減少電源噪聲對設備的影響。nSLEEP 引腳則可以方便地控制設備的睡眠和喚醒狀態，實現節能的目的。

四、技術規格

4.1 絕對最大額定值

4.2 ESD 額定值

• 人體模型（HBM）：±3000 V
• 充電設備模型（CDM）：±1500 V

4.3 推薦工作條件

4.4 熱信息

4.5 電氣特性

文檔中詳細列出了各種電氣參數，如電源電流、輸入邏輯電壓閾值、FET 導通電阻等。這些參數對于評估設備的性能和進行電路設計至關重要。例如，在選擇合適的電源和控制信號時，需要參考這些電氣特性。

4.6 時序要求

規定了輸入信號與輸出信號之間的延遲時間、上升時間、下降時間等時序參數。在設計控制系統時，需要確保輸入信號的時序符合這些要求，以保證設備的正常工作。

4.7 典型特性曲線

通過典型特性曲線可以直觀地了解設備在不同溫度、電壓等條件下的性能表現。例如，VM 睡眠電流、VCC 睡眠電流、VM 工作電流、VCC 工作電流以及 HS + LS FET 導通電阻隨環境溫度的變化曲線，為工程師在實際應用中提供了參考依據。

五、詳細描述

5.1 橋控制

• DRV8837：采用 PWM 輸入接口，通過 IN1 和 IN2 引腳控制輸出。不同的輸入組合可以實現電機的正轉、反轉、制動和滑行等功能。
• DRV8838：使用 PHASE/ENABLE 接口，通過 PH 引腳控制電流方向，EN 引腳控制 H 橋的使能。

5.2 獨立半橋控制

DRV8837 可以實現獨立半橋控制，無需額外的離散組件。通過合理連接兩個電感負載（如電機或螺線管）和控制信號，可以分別控制兩個負載的運行狀態。這種控制方式在一些需要多電機或多負載控制的應用中非常有用。

5.3 睡眠模式

當 nSLEEP 引腳為低電平時，設備進入低功耗睡眠模式，此時所有不必要的內部電路都被關閉，大大降低了功耗。在系統不需要電機工作時，可以通過該功能節省能源。

5.4 電源和輸入引腳

輸入引腳可以在推薦的工作條件下驅動，即使沒有 VCC 或 VM 電源也不會產生漏電。VCC 和 VM 電源可以按任意順序施加和移除，并且在 VCC 電源移除時，設備會進入低功耗狀態。此外，當電源電壓在 1.8 至 7 V 之間時，VCC 和 VM 引腳可以連接在一起。

5.5 保護電路

• VCC 欠壓鎖定：當 VCC 電壓低于閾值時，H 橋的所有 FET 被禁用，直到 VCC 電壓恢復到正常范圍。
• 過流保護：當檢測到過流時，首先通過模擬電流限制電路限制 FET 電流，若過流持續時間超過設定值，則禁用 H 橋，一段時間后自動恢復。
• 熱關斷：當芯片溫度超過安全范圍時，立即禁用 H 橋，待溫度下降到安全水平后再恢復工作。

5.6 設備功能模式

• 工作模式：nSLEEP 引腳為高電平時，設備正常工作。
• 睡眠模式：nSLEEP 引腳為低電平時，H 橋 FET 被禁用，設備進入睡眠狀態。
• 故障模式：當出現欠壓、過流或過熱等故障時，H 橋輸出被禁用。

六、應用與實現

6.1 應用信息

DRV883x 系列產品主要用于驅動直流電機或螺線管。在設計應用時，需要根據具體需求選擇合適的電機和電源，并按照一定的設計流程進行配置。

6.2 典型應用

文檔中給出了 DRV883x 的典型應用電路示意圖，并列出了系統設計所需的參數，如電機電源電壓、邏輯電源電壓和目標均方根電流等。在實際設計中，需要根據這些參數進行電路的優化和調整。

6.2.1 設計要求

6.2.2 詳細設計過程

• 電機電壓：選擇合適的電機電壓需要考慮電機的額定值和所需的轉速。較高的電壓可以使電機轉速更快，但也會增加電感繞組中的電流變化率。
• 低功耗運行：在進入睡眠模式時，建議將所有輸入設置為低電平，以最小化系統功耗。

6.2.3 應用曲線

文檔展示了不同占空比和方向下的應用曲線，幫助工程師直觀地了解電機的運行狀態。這些曲線可以作為實際應用中的參考，用于調整控制參數和優化電機性能。

七、電源供應建議

在電機驅動系統設計中，合適的本地大容量電容至關重要。雖然增加電容容量通常有益，但也會帶來成本和物理尺寸增加的問題。所需的本地電容大小取決于多種因素，如電機系統所需的最大電流、電源電容和供電能力、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。 一般來說，數據手冊會提供推薦的電容值，但實際應用中還需要進行系統級測試，以確定最合適的電容大小。同時，大容量電容的電壓額定值應高于工作電壓，以應對電機向電源傳輸能量的情況。

八、布局注意事項

8.1 布局指南

• VM 和 VCC 引腳應使用低 ESR 陶瓷旁路電容旁路到 GND，推薦電容值為 0.1 μF。
• 這些電容應盡可能靠近 VM 和 VCC 引腳，并通過厚走線或接地平面連接到設備的 GND 引腳。

8.2 布局示例

文檔中給出了簡化的布局示例，幫助工程師更好地理解布局要求。在實際設計中，可以參考該示例進行電路板的布局。

8.3 功率耗散

DRV883x 系列設備的功率耗散主要由輸出 FET 的導通電阻決定。可以使用公式 (P{TOT }=r{DS( on )} timesleft(I_{OUT(RMS) }right)^{2}) 來估算運行步進電機時的平均功率耗散。 需要注意的是，FET 的導通電阻會隨溫度升高而增加，因此在設備發熱時，功率耗散也會相應增加。同時，設備具備熱關斷保護功能，當芯片溫度超過約 150°C 時，設備會自動禁用，直到溫度下降到安全水平。如果設備頻繁進入熱關斷狀態，可能意味著功率耗散過大、散熱不足或環境溫度過高，需要進行相應的調整。

九、設備與文檔支持

9.1 文檔支持

提供了相關的文檔鏈接，如計算電機驅動功率耗散的資料、DRV8837EVM 和 DRV8838EVM 用戶指南、獨立半橋驅動相關文檔以及理解電機驅動電流額定值的資料等，方便工程師進一步深入了解產品。

9.2 相關鏈接

列出了快速訪問鏈接，包括技術文檔、支持與社區資源、工具與軟件以及樣品購買等方面的鏈接，為工程師提供了便捷的獲取信息和購買產品的途徑。

9.3 文檔更新通知

可以通過在 ti.com 上的設備產品文件夾中注冊，接收文檔更新的每周摘要通知。在查看更新文檔時，還可以查看修訂歷史，了解具體的更改內容。

9.4 社區資源

鼓勵工程師利用社區資源，與其他同行交流經驗和解決問題。

十、總結

DRV8837 和 DRV8838 是兩款性能出色的低電壓 H 橋驅動器，具有低導通電阻、高驅動電流、多種接口類型、低功耗睡眠模式、小巧封裝和豐富的保護功能等優點。在電機驅動應用中，能夠為工程師提供高效、穩定的解決方案。在實際設計過程中，需要根據具體的應用需求，合理選擇電源、配置引腳、優化布局，并注意功率耗散和散熱問題。通過充分利用文檔提供的資源和支持，相信工程師們能夠更好地發揮這兩款產品的優勢，設計出優秀的電機驅動系統。你在使用類似的電機驅動器時，遇到過哪些有趣的問題或挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗。