DRV8860/DRV8860A：8通道低側驅動器的技術剖析與應用指南

引言

在電子設備的驅動控制領域，對于多通道、高性能的低側驅動器需求日益增長。德州儀器（TI）推出的DRV8860和DRV8860A 8通道低側驅動器，以其豐富的功能和出色的性能，成為了眾多應用場景中的理想選擇。本文將深入剖析DRV8860/DRV8860A的技術特點、工作模式、編程方法以及實際應用中的要點，為電子工程師們提供全面的設計參考。

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產品概述

DRV8860是一款集成了過流保護和開路/短路檢測功能的8通道低側驅動器。它內置二極管，可有效鉗位感性負載產生的關斷瞬變，適用于驅動單極步進電機、直流電機、繼電器、螺線管等多種負載。DRV8860A與DRV8860的主要區別在于，DRV8860A不具備開路負載檢測功能。

產品特性亮點

1. 多通道保護與驅動能力：擁有8個帶過流保護的NMOS FET通道，集成了感性續流二極管，支持單通道最大560 mA的連續輸出電流，8通道同時開啟時，PW封裝可達200 mA，PWP封裝可達330 mA，還支持并行配置。
2. 寬電源電壓范圍：工作電源電壓范圍為8 V至38 V，能適應多種不同的電源環境。
3. 數字噪聲濾波與數據回讀：具備輸入數字噪聲濾波器，可增強抗干擾能力；支持內部數據回讀，便于實現可靠控制。
4. 全面的保護與診斷功能：提供過流保護（OCP）、開路負載檢測（OL，僅DRV8860）、過溫關斷（OTS）、欠壓鎖定（UVLO）等功能，還能報告各通道狀態和故障報警。

應用場景廣泛

這款驅動器適用于多種應用場景，如繼電器、單極步進電機、螺線管、電磁驅動器等的驅動，以及一般的低側開關應用。此外，DRV8860A還可用于帶調光功能的LED驅動器。

產品詳細解析

引腳配置與功能

DRV8860/DRV8860A有PW（TSSOP）和PWP（HTSSOP）兩種封裝形式，不同引腳對應著不同的功能。例如，VM引腳用于連接電機電源，需通過0.1 μF陶瓷電容和10 μF電解電容旁路至GND；ENABLE引腳為輸出級使能控制輸入，高電平使能輸出，低電平禁用輸出；LATCH、CLK、DIN等引腳用于實現串行通信，通過它們可以控制輸出驅動器、配置內部設置寄存器和讀取各通道的故障狀態。

性能參數與特性

1. 絕對最大額定值與推薦工作條件：明確了器件在不同參數下的最大額定值，如電源電壓范圍為 -0.3 V至40 V等；同時給出了推薦的工作條件，如電機電源電壓范圍為8 V至38 V，低側驅動器電流能力最大為560 mA等。
2. 熱性能指標：不同封裝的熱阻等指標不同，PWP封裝通過PowerPAD? 提供了更好的散熱能力，能驅動更高的輸出電流或在略低的溫度下工作。
3. 電氣特性：包括電源電流、欠壓鎖定電壓、輸入輸出電平、FET導通電阻、二極管正向電壓等參數，這些參數對于電路設計和器件選型至關重要。
4. 時序要求：規定了如下降時間、過流保護去毛刺時間、開路負載檢測去毛刺時間等時序參數，以及串行接口的時序要求，確保了器件在通信過程中的穩定性和準確性。

功能模塊與工作模式

1. 功能模塊：從功能框圖可以看出，它由電源、柵極驅動、保護電路、核心邏輯等多個模塊組成。各模塊協同工作，實現了對輸出的精確控制和對器件的全面保護。
2. 工作模式
   • 內部寄存器控制：通過簡單的串行接口控制，包含數據寄存器、控制寄存器和故障寄存器三個寄存器組。數據寄存器用于控制八個輸出的狀態；控制寄存器用于調整輸出的通電時間和PWM占空比；故障寄存器用于指示各通道的故障狀態。
   • 通電和PWM控制：輸出分為通電階段和PWM階段。通電階段，通道以100%占空比開啟，持續時間由控制寄存器的C4:C1位設置；PWM斬波階段，占空比由控制寄存器的C7:C5位定義。根據控制寄存器的不同設置，可實現多種不同的工作情況。

編程與控制

DRV8860采用菊花鏈串行接口進行編程和控制。

1. 數據讀寫操作：數據在LATCH引腳的上升沿鎖存到寄存器中，寫操作時在CLK的上升沿將數據時鐘輸入，讀操作時在CLK的下降沿將數據時鐘輸出。通過特定的波形可以實現數據寄存器、控制寄存器和故障寄存器的讀寫操作。
2. 特殊命令：除了基本的輸出控制和故障狀態讀取，還提供了5種特殊命令，如寫控制寄存器命令、讀控制寄存器命令、讀數據寄存器命令、故障寄存器復位命令和PWM啟動命令。這些特殊命令通過CLK和LATCH引腳的特定波形模式來觸發，為系統的靈活配置和故障處理提供了強大的支持。

應用設計要點

典型應用電路

以一個常見的應用電路為例，輸入電壓范圍為8 V至38 V，每通道電流可達330 mA。在設計時，需要注意VM引腳的旁路電容設置，將0.1 μF陶瓷電容和10 μF電解電容盡可能靠近VM引腳放置，以減少電源噪聲對器件的影響。

電源設計

DRV8860的電源輸入電壓范圍為8 V至38 V，除了在VM引腳附近放置0.1 μF陶瓷電容外，還需要根據應用需求選擇合適的大容量電容。大容量電容的選型需要考慮電源類型、可接受的電源電壓紋波、電源布線中的寄生電感、負載類型和負載啟動電流等多種因素，以確保系統在不同工況下都能穩定運行。此外，上電順序沒有特殊要求，數字輸入信號可以在VM電源施加之前存在。

布局設計

1. 布局準則：VM引腳需使用低ESR陶瓷旁路電容（推薦值為0.1 μF，額定電壓為VM）旁路至GND，并將其盡可能靠近器件的VM引腳，同時用厚走線或接地平面連接到器件的GND引腳。此外，還需使用合適的大容量電容旁路VM引腳至地，并將其靠近DRV8860放置。
2. 散熱考慮：當芯片結溫超過約150°C時，器件會進入熱關斷狀態，直到溫度降至安全水平。為了避免頻繁進入熱關斷，需要合理設計散熱方案。功率耗散主要集中在輸出FET的導通電阻上，可通過公式 (P{D}=R{DS(on)} × I_{O}^{2}) 計算單通道的平均功率耗散。PWP封裝通過暴露的散熱墊將熱量傳遞到PCB上的銅層，可通過增加過孔將散熱墊連接到接地平面來提高散熱效率。在沒有內部平面的PCB上，也可以在PCB的兩側添加銅區域來散熱，并使用熱過孔將熱量在上下層之間傳遞。

總結

DRV8860/DRV8860A 8通道低側驅動器憑借其多通道驅動能力、全面的保護功能、靈活的編程控制和良好的散熱設計，為電子工程師在驅動控制領域提供了一個強大而可靠的解決方案。在實際應用中，工程師們需要根據具體的設計需求，合理選擇封裝形式、配置寄存器參數、設計電源和布局電路，以充分發揮該器件的性能優勢，實現高效、穩定的驅動控制。你在使用DRV8860/DRV8860A的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。