深入剖析DRV8828 H橋電機(jī)控制器IC：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電機(jī)控制領(lǐng)域，一款性能優(yōu)良的電機(jī)控制器IC至關(guān)重要。今天我們就來深入探討德州儀器（TI）的DRV8828 H橋電機(jī)控制器IC，了解它的特性、應(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵要點(diǎn)。

文件下載：drv8828.pdf

一、DRV8828的特性亮點(diǎn)

（一）強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力

DRV8828是一款單H橋電流控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，工作電源電壓范圍為8.2 - 45V，能夠驅(qū)動(dòng)雙極步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)繞組或一個(gè)直流電機(jī)。其具備5位電流控制，可實(shí)現(xiàn)多達(dá)32個(gè)電流水平，最大驅(qū)動(dòng)電流在24V、25°C時(shí)能達(dá)到3A。并且，它的MOSFET (R_{DS(on) }) 典型值為0.65Ω（HS + LS），低導(dǎo)通電阻有助于減少功率損耗。

（二）豐富的保護(hù)功能

該IC集成了多種保護(hù)特性，如過流保護(hù)（OCP）、熱關(guān)斷（TSD）、VM欠壓鎖定（UVLO）以及故障狀態(tài)指示引腳（nFAULT）。這些保護(hù)功能能夠有效保障電機(jī)和IC的安全運(yùn)行，避免因異常情況導(dǎo)致的損壞。

（三）便捷的控制接口

采用簡(jiǎn)單的并行數(shù)字控制接口，與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備兼容，方便與外部控制器進(jìn)行連接和通信。同時(shí)，它還內(nèi)置了3.3V參考輸出，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了便利。

（四）良好的封裝設(shè)計(jì)

采用熱增強(qiáng)型表面貼裝封裝，有利于散熱，提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性。

二、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

DRV8828憑借其優(yōu)異的性能，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，包括自動(dòng)取款機(jī)、貨幣處理機(jī)、視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)、打印機(jī)、掃描儀、辦公自動(dòng)化設(shè)備、游戲機(jī)、工廠自動(dòng)化以及機(jī)器人等。這些應(yīng)用場(chǎng)景都對(duì)電機(jī)的控制精度和穩(wěn)定性有較高要求，而DRV8828正好能夠滿足這些需求。

三、技術(shù)細(xì)節(jié)解析

（一）功能模塊與工作原理

DRV8828集成了NMOS H橋、電荷泵、電流檢測(cè)、電流調(diào)節(jié)和設(shè)備保護(hù)電路等。它通過固定頻率的PWM電流調(diào)節(jié)來控制電機(jī)繞組中的電流。當(dāng)H橋使能時(shí)，電流會(huì)根據(jù)繞組的直流電壓和電感以一定速率上升，一旦電流達(dá)到斬波閾值，橋路會(huì)在PWM周期開始前禁用電流。

（二）橋路控制與電流調(diào)節(jié)

1. 橋路控制：通過PHASE輸入引腳控制電流在H橋中的流動(dòng)方向，ENBL輸入引腳在高電平時(shí)使能H橋輸出。
2. 電流調(diào)節(jié)：電機(jī)繞組中的電流通過比較連接到ISEN引腳的電流檢測(cè)電阻上的電壓（乘以系數(shù)5）與參考電壓來設(shè)置。參考電壓由VREF引腳輸入，并通過5位DAC進(jìn)行縮放，可實(shí)現(xiàn)0 - 100%的電流設(shè)置。計(jì)算公式為 (I{CHOP}=frac{V{REFX}}{5 cdot R_{ISENSE}}) 。

（三）衰減模式

DRV8828支持快速衰減、慢速衰減和混合衰減三種模式，通過DECAY引腳的狀態(tài)進(jìn)行選擇。快速衰減模式在PWM斬波電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，H橋反轉(zhuǎn)狀態(tài)使繞組電流反向流動(dòng)；慢速衰減模式則通過啟用橋路中的兩個(gè)低端FET來使繞組電流再循環(huán)；混合衰減模式最初是快速衰減，在PWM周期的75%時(shí)切換到慢速衰減模式。

（四）保護(hù)機(jī)制

1. 過流保護(hù)（OCP）：每個(gè)FET上的模擬電流限制電路通過移除柵極驅(qū)動(dòng)來限制電流。如果模擬電流限制持續(xù)時(shí)間超過OCP時(shí)間，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT引腳會(huì)被拉低。
2. 熱關(guān)斷（TSD）：當(dāng)管芯溫度超過安全限制時(shí)，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT引腳被拉低，直到溫度降至安全水平才會(huì)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。
3. 欠壓鎖定（UVLO）：當(dāng)VM引腳電壓低于欠壓鎖定閾值電壓時(shí)，設(shè)備中的所有電路將被禁用，內(nèi)部邏輯將被重置，直到 (V_{M}) 高于UVLO閾值才會(huì)恢復(fù)運(yùn)行。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

（一）電源設(shè)計(jì)

DRV8828的工作電壓范圍為8.2 - 45V，但絕對(duì)最大額定值為47V。在每個(gè)VM引腳附近應(yīng)盡可能靠近放置一個(gè)額定電壓為VM的0.1μF陶瓷電容，同時(shí)還需要在VM上添加一個(gè)大容量電容。大容量電容的選擇需要綜合考慮電機(jī)系統(tǒng)的最高電流需求、電源的電容和電流供應(yīng)能力、電源與電機(jī)系統(tǒng)之間的寄生電感、可接受的電壓紋波、電機(jī)類型和制動(dòng)方法等因素。

（二）布局設(shè)計(jì)

1. 每個(gè)VM端子應(yīng)使用低ESR陶瓷旁路電容（推薦值為0.1μF，額定電壓為VM）旁路到GND，且電容應(yīng)盡可能靠近VM引腳。
2. VM引腳必須使用額定電壓為VM的大容量電容旁路到地，該元件可以是電解電容。
3. 在CP1和CP2引腳之間放置一個(gè)低ESR陶瓷電容，推薦值為0.1μF，額定電壓為VM。
4. 在VM和VCP引腳之間放置一個(gè)低ESR陶瓷電容，推薦值為0.47μF，額定電壓為16V，并在VM和VCP之間放置一個(gè)1MΩ電阻。
5. 將V3P3OUT引腳通過一個(gè)額定電壓為6.3V的陶瓷電容旁路到地，電容應(yīng)盡可能靠近引腳。
6. 電流檢測(cè)電阻應(yīng)盡可能靠近設(shè)備引腳，以減少引腳與電阻之間的走線電感。

（三）散熱設(shè)計(jì)

該IC采用PowerPAD?封裝，通過外露焊盤散熱。為了確保良好的散熱效果，需要將該焊盤與PCB上的銅進(jìn)行熱連接。在多層PCB上，可以通過添加多個(gè)過孔將散熱焊盤連接到接地層；在沒有內(nèi)部平面的PCB上，可以在PCB的兩側(cè)添加銅面積來散熱。如果銅面積在PCB的另一側(cè)，需要使用熱過孔將熱量在頂層和底層之間傳遞。

五、總結(jié)

DRV8828 H橋電機(jī)控制器IC憑借其強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力、豐富的保護(hù)功能、便捷的控制接口和良好的封裝設(shè)計(jì)，在電機(jī)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要充分考慮電源、布局和散熱等方面的因素，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望通過本文的介紹，能夠幫助電子工程師們更好地了解和應(yīng)用DRV8828。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。