特點(diǎn)

•H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器單獨(dú)

–驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)或其他負(fù)載

–低RDS（on）MOSFET（0.4Ω典型值）

•低功耗睡眠模式

•支持100%PWM

•8-38-V工作電源電壓范圍

•熱增強(qiáng)表面貼裝組件

•可配置過(guò)電流限制

•保護(hù)功能

–VBB欠壓鎖定（UVLO）

–充電泵欠壓（CPUV）

–過(guò)電流保護(hù)（OCP）

–電源短路保護(hù)（STS）

–接地短路保護(hù)（STG）

–過(guò)熱警告（OTW）

–超溫停機(jī)（OTS）

–故障狀態(tài)指示引腳（nFAULT）

應(yīng)用

•打印機(jī)

•工業(yè)自動(dòng)化

•機(jī)器人技術(shù)

•電動(dòng)杠桿

說(shuō)明

DRV8816提供了一個(gè)多功能的電源驅(qū)動(dòng)解決方案，有兩個(gè)獨(dú)立的½-H橋式驅(qū)動(dòng)器。該裝置可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)有刷直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)繞組，也可以驅(qū)動(dòng)電磁閥等其他裝置。一個(gè)簡(jiǎn)單的INx/ENx接口可以方便地連接到控制器電路。

輸出級(jí)使用配置為½-H橋的N溝道功率mosfet。DRV8816的峰值輸出電流可達(dá)±2.8A，工作電壓高達(dá)38V。內(nèi)部電荷泵產(chǎn)生所需的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。

提供了一種低功耗休眠模式，該模式關(guān)閉內(nèi)部電路以實(shí)現(xiàn)非常低的靜態(tài)電流消耗。此睡眠模式可使用專用nSLEEP引腳設(shè)置。

內(nèi)部保護(hù)功能可用于UVLO、電荷泵故障、OCP、對(duì)電源短路保護(hù)、對(duì)地短路保護(hù)、過(guò)熱警告和超溫停機(jī)。故障狀態(tài)通過(guò)nFAULT引腳指示。

DRV8816封裝在帶有PowerPAD的16針HTSSOP封裝中™ （環(huán)保：RoHS&noSb/Br）。

設(shè)備信息

（1）、有關(guān)所有可用的軟件包，請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)表末尾的訂購(gòu)附錄。

簡(jiǎn)化示意圖

典型特征

詳細(xì)說(shuō)明

概述

DRV8816使用4個(gè)CMOS輸入控制2個(gè)高壓大電流輸出，同時(shí)集成保護(hù)功能、故障報(bào)告、休眠模式和電流感應(yīng)。根據(jù)表2，EN1和IN1控制OUT1，EN2和IN2控制OUT2。該裝置設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立負(fù)載或一個(gè)有刷直流電動(dòng)機(jī)，如圖4和表3所示。

當(dāng)使用RSENSE電阻器時(shí)，如果VSENSE超過(guò)500毫伏，DRV8816將自動(dòng)禁用，這提供了用戶可編程的過(guò)電流閾值。VPROPI輸出等于放大5倍的感測(cè)電壓，微控制器可以使用它來(lái)了解電機(jī)電流，從而對(duì)DRV8816輸入進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制并調(diào)節(jié)電機(jī)電流。

功能框圖

功能描述

橋梁控制

DRV8816通過(guò)每個(gè)½-H橋的單獨(dú)啟用和輸入引腳進(jìn)行控制。

表2顯示了DRV8816的邏輯。

如果一個(gè)直流電機(jī)連接到DRV8816，則它連接在OUT1和OUT2引腳之間，如圖4所示。兩臺(tái)直流電機(jī)也可連接至DRV8816。在這種模式下，不可能反轉(zhuǎn)電機(jī)的方向；電機(jī)只能朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。連接如圖4所示。

表3顯示了如何控制單刷直流電機(jī)的電機(jī)運(yùn)行。

（1）、半H橋是獨(dú)立的，輸出狀態(tài)依賴于ENx和INx。

表4顯示了如何控制雙刷直流電機(jī)的電機(jī)運(yùn)行。

充油泵

電荷泵用于產(chǎn)生高于VBB的電源，以驅(qū)動(dòng)源端DMOS門。CP1和CP2之間應(yīng)連接一個(gè)0.1-μF陶瓷單片電容器，以便于泵送。在VCP和VBB之間連接一個(gè)0.1μF的陶瓷單片電容器作為儲(chǔ)能器來(lái)運(yùn)行高端DMOS器件。VCP電壓電平由內(nèi)部監(jiān)控，在故障情況下，設(shè)備的輸出將被禁用。

VPROPI

VPROPI輸出約等于檢測(cè)引腳上的電壓的5倍。VPROPI只有在有一個(gè)電阻器連接到SENSE引腳時(shí)才有意義；如果SENSE連接到地，VPROPI測(cè)量0 V。還要注意，在慢衰減（制動(dòng)）期間，VPROPI測(cè)量0 V。VPROPI最多可輸出2.5 V，因?yàn)樵?00 mV的SENSE時(shí)，H橋被禁用。

保護(hù)電路

DRV8816具有全面保護(hù)，可防止VBB欠壓、電荷泵欠壓、過(guò)電流和過(guò)熱事件。

VBB UVLO

如果在任何時(shí)候VBB引腳上的電壓低于UVLO閾值電壓，H橋中的所有FET將被禁用，電荷泵將被禁用。當(dāng)VBB高于UVLO閾值時(shí)，操作將恢復(fù)。注意，nFAULT并不表示UVLO，因?yàn)镃PUV故障總是在VBB=12v以下斷言。

VCP UVLO（CPUV）

在CPUV事件期間，VCP電壓測(cè)量值低于VCP+10 V。如果VCP引腳上的電壓在任何時(shí)候低于UVLO閾值電壓，則nFAULT引腳被驅(qū)動(dòng)為低電平?；謴?fù)操作后，nFAULT引腳將被釋放。注意，該故障不會(huì)使輸出FET失效，并允許設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)VBB低于12 V時(shí)，此故障狀態(tài)總是被斷言，并且nFAULT被拉低。

OCP

監(jiān)控流經(jīng)高壓側(cè)和低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器的電流，以確保電機(jī)導(dǎo)線沒(méi)有對(duì)電源或接地短路。如果檢測(cè)到短路，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT被驅(qū)動(dòng)為低電平，并且tOCP故障計(jì)時(shí)器啟動(dòng)。在這段時(shí)間之后，tOCP，設(shè)備將被允許跟隨輸入命令，并嘗試另一個(gè)開(kāi)啟（在此嘗試期間，nFAULT再次變高）。如果仍有故障，則循環(huán)重復(fù)。如果在tOCP到期后，確定不存在短路情況，則恢復(fù)正常操作并釋放故障。

OTW

如果模具溫度升高超過(guò)熱警告閾值，則nFAULT引腳驅(qū)動(dòng)低。當(dāng)模具溫度降至滯后水平以下時(shí)，nFAULT引腳被釋放。如果模具溫度繼續(xù)升高，設(shè)備將進(jìn)入OTS中所述的過(guò)熱關(guān)機(jī)狀態(tài)。

OTS

如果模具溫度超過(guò)安全限值，則H橋中的所有FET將被禁用，電荷泵將關(guān)閉。模具溫度降至安全水平后，操作自動(dòng)恢復(fù)。

設(shè)備功能模式

感官

低值電阻器可放置在感測(cè)引腳和接地之間，用于電流感應(yīng)。印刷電路板的設(shè)計(jì)應(yīng)在電阻器的每一側(cè)都有寬的金屬路徑，以盡量減少會(huì)降低檢測(cè)精度的IR降。同樣，從感測(cè)電阻器到DRV8816和大容量電容器的距離也應(yīng)最小化。

要設(shè)置手動(dòng)過(guò)電流跳閘閾值，在檢測(cè)引腳和GND之間放置一個(gè)電阻器。當(dāng)感應(yīng)引腳上升到500毫伏以上時(shí)，H橋輸出被禁用（高Z）。設(shè)備將在tOCP期間自動(dòng)重試。過(guò)電流跳閘閾值可使用ITRIP=500 mV/Ω計(jì)算。選擇的過(guò)電流跳閘等級(jí)不能大于IOCP。

如果不使用感測(cè)電阻，則將感測(cè)引腳直接連接到GND上；在這種情況下，通過(guò)內(nèi)部FET的電流IOCP檢測(cè)仍然起作用。

應(yīng)用與實(shí)施

注意

以下應(yīng)用章節(jié)中的信息不是TI組件規(guī)范的一部分，TI不保證其準(zhǔn)確性或完整性。TI的客戶負(fù)責(zé)確定組件的適用性?？蛻魬?yīng)驗(yàn)證和測(cè)試其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，以確認(rèn)系統(tǒng)功能。

申請(qǐng)信息

DRV8816通常用于驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)。

典型應(yīng)用

設(shè)計(jì)要求

表5顯示了設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的參數(shù)。

詳細(xì)設(shè)計(jì)程序

電機(jī)電壓

使用的電機(jī)電壓取決于所選電機(jī)的額定值和所需的轉(zhuǎn)速。更高的電壓使刷直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度更快，同樣的脈寬調(diào)制占空比應(yīng)用于功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。更高的電壓也會(huì)增加通過(guò)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)繞組的電流變化率。

功耗

DRV8816的功耗是RMS電機(jī)電流和每個(gè)輸出的FET電阻的函數(shù)（RDS（打開(kāi)））。

舉例來(lái)說(shuō)，環(huán)境溫度是65攝氏度。在電機(jī)電流為0.8A的情況下，以熱量形式耗散的功率將為0.8A2x 1Ω=0.64W。

DRV8816達(dá)到的溫度將取決于對(duì)空氣和PCB的熱阻。重要的是要將設(shè)備PowerPAD焊接到PCB接地層上，并在頂部和底部板層上通孔，以便將熱量散失到PCB中并降低設(shè)備溫度。在這里使用的示例中，DRV8816的有效熱阻RθJA為47°C/W，并且：

電機(jī)電流跳閘點(diǎn)

當(dāng)引腳感應(yīng)電壓超過(guò)VTRIP（0.5V）時(shí)，檢測(cè)到過(guò)電流。RSENSE電阻器的大小應(yīng)能設(shè)置所需的ITRIP電平。

將ITRIP設(shè)置為2A，RSENSE=0.5V/2A=0.25Ω。

為防止誤跳閘，ITRIP必須高于正常工作電流。啟動(dòng)過(guò)程中的電機(jī)電流通常比穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)大得多，因?yàn)槌跏钾?fù)載轉(zhuǎn)矩更高，并且沒(méi)有反電動(dòng)勢(shì)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)繞組上產(chǎn)生更高的電壓和額外的電流。

通過(guò)在DRV8816輸出端使用串聯(lián)電感器來(lái)限制啟動(dòng)電流是有益的，因?yàn)檫@樣可以降低ITRIP，并可能降低系統(tǒng)所需的體積電容。啟動(dòng)電流也可以通過(guò)增加正向驅(qū)動(dòng)占空比來(lái)限制。

感測(cè)電阻選擇

為了獲得最佳性能，感測(cè)電阻器必須：

•表面安裝

•低電感

•額定功率足夠高

•靠近電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

感測(cè)電阻器消耗的功率等于IRMS2x R。例如，如果峰值電機(jī)電流為3A，均方根電機(jī)電流為2A，并且使用0.05Ω感應(yīng)電阻器，則電阻將消耗2A2x 0.05Ω=0.2W。隨著電流水平的升高，功率迅速增加。

電阻器通常在某些環(huán)境溫度范圍內(nèi)有一個(gè)額定功率，以及在高環(huán)境溫度下的降額功率曲線。當(dāng)一個(gè)PCB與其他發(fā)熱元件共用時(shí)，應(yīng)增加余量。最好是測(cè)量最終系統(tǒng)中的實(shí)際感測(cè)電阻溫度，以及功率mosfet，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ亲顭岬脑?/p>

由于功率電阻器比標(biāo)準(zhǔn)電阻器更大、更昂貴，因此通常在感測(cè)節(jié)點(diǎn)和接地之間并聯(lián)使用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器。這樣可以分配電流和散熱。

應(yīng)用曲線

電源建議

體積電容

具有合適的局部體積電容是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素。一般來(lái)說(shuō)，有更多的體積電容是有益的，但缺點(diǎn)是成本和物理尺寸增加。

所需的本地電容量取決于多種因素，包括：

•電機(jī)系統(tǒng)所需的最高電流。

•電源的電容和提供電流的能力。

•電源和電機(jī)系統(tǒng)之間的寄生電感量。

•可接受的電壓紋波。

•使用的電機(jī)類型（有刷直流、無(wú)刷直流、步進(jìn)電機(jī)）。

•電機(jī)制動(dòng)方法。

電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的電感會(huì)限制電源電流的變化率。如果局部大容量電容太小，系統(tǒng)將對(duì)過(guò)大的電流需求作出響應(yīng)，或者隨著電壓的變化而從電機(jī)中卸載。當(dāng)使用足夠的大容量電容時(shí)，電機(jī)電壓保持穩(wěn)定，并能快速提供大電流。

數(shù)據(jù)表通常提供建議值，但需要進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試以確定適當(dāng)尺寸的大容量電容器。

電力主管

控制輸入nSLEEP用于在不使用DRV8816時(shí)將功耗降至最低。這使許多內(nèi)部電路失效，包括內(nèi)部電壓軌和電荷泵。nSLEEP被斷言為低。此輸入引腳上的邏輯高導(dǎo)致正常操作。當(dāng)從低切換到高時(shí)，用戶應(yīng)在應(yīng)用PWM信號(hào)之前允許1毫秒的延遲。充油泵需要這段時(shí)間才能穩(wěn)定下來(lái)。

布局

布局指南

印刷電路板（PCB）應(yīng)使用重型接地板。為了獲得最佳的電氣和熱性能，DRV8816必須直接焊接到電路板上。在DRV8816的下面是一個(gè)熱墊，它提供了一個(gè)增強(qiáng)散熱的路徑。熱焊盤應(yīng)直接焊接到PCB的外露表面上。熱通孔用于將熱量傳遞到PCB的其他層。

負(fù)載電源引腳VBB應(yīng)與電解電容器（通常為100μF）并聯(lián)，并與盡可能靠近裝置的陶瓷電容器并聯(lián)。VCP和VBB之間、連接到VREG的陶瓷電容器以及CP1和CP2之間的陶瓷電容器應(yīng)盡可能靠近器件的引腳，以減小引線電感。

式中

•PTOT是總功耗。

•RDS（ON）是HS加LS FET的電阻。

•IOUT（RMS）是施加到每個(gè)繞組的RMS輸出電流。

大容量電容器的額定電壓應(yīng)高于工作電壓，以便在電機(jī)向電源傳輸能量時(shí)提供裕度。

IOUT（RMS）約等于0.7×滿標(biāo)度輸出電流設(shè)置。

裝置中可消耗的最大功率取決于環(huán)境溫度和散熱量。

注意RDS（ON）隨著溫度的升高而增加，因此當(dāng)設(shè)備加熱時(shí)，功耗也會(huì)增加。

接地

地面電源飛機(jī)應(yīng)盡可能靠近DRV8816。銅接地層直接在熱墊下面，位置很好。然后可以將此襯墊連接到接地上。

布局示例

熱保護(hù)

如果模具溫度超過(guò)約150°C，設(shè)備將被禁用，直到溫度降至安全水平。設(shè)備進(jìn)入熱停堆的任何趨勢(shì)都表明功耗過(guò)大、散熱不足或環(huán)境溫度過(guò)高。

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