特征

•單H橋電流控制電機驅動器

•8.2-V至45-V工作電源電壓范圍

•5位電流控制允許高達32個電流電平

•低MOSFET RDS（開），典型0.65Ω（HS+LS）

•24 V時最大驅動電流為5 A，TA=25°C

•內置3.3V參考輸出

•并行數字控制接口

•熱增強表面安裝組件

•保護功能：

–過電流保護（OCP）

–熱關機內部關機（TSD）

–VM欠壓鎖定（UVLO）

–故障狀態指示引腳（nFAULT）

應用

•打印機

•掃描儀

•辦公自動化機器

•游戲機

•工廠自動化

•機器人技術

說明

DRV8840為打印機、掃描儀和其他自動化設備應用提供集成的電機驅動解決方案。該裝置有一個H橋驅動器，用于驅動一個直流電機。每一個的輸出驅動器塊由N通道功率mosfet組成，配置成全H橋來驅動電機繞組。DRV8840可提供高達5安峰值或3.5安的輸出電流（在24 V和25°C下適當散熱）。

一個簡單的并行數字控制接口與工業標準設備兼容。衰減模式可編程，以便在禁用時允許電機制動或滑行。

提供過流保護、短路保護、欠壓閉鎖和超溫的內部停機功能。

DRV8840采用帶PowerPAD的28針HTSSOP封裝™ （環保：RoHS和no Sb/Br）。

設備信息

（1）、有關所有可用的軟件包，請參閱數據表末尾的醫囑內容附錄。

簡化示意圖

典型特征

詳細說明

概述

DRV8840是一個集成的電機驅動解決方案，適用于打印機、掃描儀和其他自動化設備應用。該器件集成了單個NMOS H橋、電荷泵、電流檢測、電流調節和器件保護電路。DRV8828可以從8.2V到45V的單電源供電，并且能夠提供高達5A的連續輸出電流。

一個簡單的PHASE/ENBL接口可以方便地連接到外部控制器。5位電流控制方案允許多達32個離散電流電平。電流調節方法在慢衰減和快衰減之間可調。

集成保護電路允許設備監控和保護過電流、欠壓和過熱故障，這些故障都是通過故障指示引腳（nFAULT）報告的。集成了低功耗休眠模式，允許系統在不驅動電機時降低功耗。

功能框圖

特性描述

PWM電機驅動器

DRV8840設備包含一個帶電流控制PWM電路的H橋電機驅動器。電機控制電路的框圖如圖5所示。

有多個VM、ISEN、OUT和VREF引腳。所有類似命名的管腳必須在PCB上連接在一起。

橋梁控制

相位輸入引腳控制流過H橋的電流方向，從而控制直流電機的旋轉方向。ENBL輸入引腳在高電平激活時啟用H橋輸出，也可用于電機的PWM速度控制。注意，當ENBL=0時，衰變管腳的狀態選擇橋接器的行為，允許選擇慢衰減（制動）或快速衰減（滑行）。表1顯示了邏輯。

控制輸入具有大約100 kΩ的內部下拉電阻器。

電流調節

通過電機繞組的最大電流由固定頻率的PWM電流調節或電流斬波來調節。當H橋啟用時，電流通過繞組以取決于繞組的直流電壓和電感的速率上升。一旦電流達到電流斬波閾值，電橋將禁用電流，直到下一個PWM周期開始。

對于直流電動機，電流調節用于限制電動機的起動和失速電流。速度控制通常通過向ENBLx輸入引腳提供外部PWM信號來執行。

如果不需要電流調節功能，可以通過將ISENSE引腳直接連接到地，將VREF引腳連接到V3P3來禁用。

PWM斬波電流由比較器設置，比較器將連接到ISEN引腳的電流檢測電阻器的電壓乘以系數5與參考電壓進行比較。參考電壓從VREF引腳輸入，并通過5位DAC進行縮放，該DAC允許以近似正弦順序將電流設置為0到100%。

滿標度（100%）斬波電流在方程式1中計算。

例子：

如果使用0.25-Ω感測電阻器且VREFx引腳為2.5 V，則滿標度（100%）斬波電流將為2.5 V/（5×0.25Ω）=2 a。

五個輸入引腳（I0-I4）用于將電橋中的電流縮放為VREF輸入引腳和感測電阻設置的滿量程電流的百分比。I0-I4引腳的內部下拉電阻約為100 kΩ。銷的功能如表2所示。

衰減模式和制動

在PWM電流斬波過程中，H橋可驅動電流通過電機繞組，直到達到PWM電流斬波閾值。這在圖6中顯示為案例1。顯示的電流方向指示xENBL引腳高時的狀態。

一旦達到斬波電流閾值，H橋可以在兩種不同的狀態下工作，快衰減或慢衰減。

在快速衰減模式下，一旦達到PWM斬波電流電平，H橋將反轉狀態，以允許繞組電流反向流動。當繞組電流接近零時，電橋被禁用以防止任何反向電流流動。快速衰減模式如圖6所示為案例2。

在慢衰減模式下，通過啟用電橋中的兩個低邊場效應晶體管，繞組電流被重新循環。這在圖6中顯示為案例3。

DRV8840設備支持快速衰減和慢速衰減模式。慢或快衰變模式由衰變管腳的狀態選擇-邏輯低選擇慢衰變，邏輯高設置快衰變模式。衰變管腳的內部上拉電阻約為130 kΩ，內部下拉電阻約為80 kΩ。如果引腳保持打開或未驅動，則設置混合衰減模式。

衰變模式在禁用時也會影響網橋的操作（通過使ENBL引腳處于非活動狀態）。如果啟用輸入用于電機的PWM速度控制，或僅用于啟動和停止電機旋轉，則此項適用。

如果衰減引腳高（快速衰減），當電橋被禁用時，將進入快速衰減模式，直到通過電橋的電流達到零。一旦電流為零，電橋將被禁用，以防止電機反轉方向。這使發動機滑行到停止位置。

如果衰變引腳低（慢衰變），當ENBL失效時，兩個低側FET都將被打開。這基本上縮短了反電動勢的電機，導致電機制動，并迅速停止。即使在電流達到零之后，低側場效應晶體管仍將保持導通狀態。

下料時間

在H橋中啟用電流后，在啟用電流檢測電路之前，xISEN引腳上的電壓將被忽略一段固定的時間。消隱時間固定為3.75μs。注意消隱時間還設置了PWM的最小接通時間。

保護電路

DRV8840設備具有充分的保護，可防止欠壓、過電流和過熱事件。

過流保護（OCP）

每個FET上的模擬電流限制電路通過移除柵極驅動來限制通過FET的電流。如果該模擬電流限制持續時間超過OCP時間，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT引腳將被驅動至低電平。設備將保持禁用狀態，直到應用nRESET pin，或移除并重新應用VM。

高壓側和低壓側裝置上的過電流情況；即對地短路、電源短路或電機繞組短路，都將導致過電流停機。注意，過電流保護不使用用于PWM電流控制的電流檢測電路，并且與ISENSE電阻值或VREF電壓無關。

熱關機（TSD）

如果模具溫度超過安全限值，H橋中的所有FET將被禁用，并且nFAULT引腳將被驅動到低電平。一旦模具溫度下降到安全水平，操作將自動恢復。

欠壓鎖定（UVLO）

如果在任何時候VM引腳上的電壓低于欠壓鎖定閾值電壓，設備中的所有電路將被禁用，內部邏輯將被重置。當VM高于UVLO閾值時，操作將恢復。

設備功能模式

復位和復位操作

當低電平驅動時，nRESET引腳復位內部邏輯。它還禁用H橋驅動程序。當nRESET處于活動狀態時，將忽略所有輸入。

驅動nSLEEP低將使設備進入低功耗睡眠狀態。在這種狀態下，H橋被禁用，柵極驅動電荷泵停止，V3P3OUT調節器被禁用，所有內部時鐘停止。在這種狀態下，所有輸入都被忽略，直到nSLEEP返回inactive high。從睡眠模式返回時，需要經過一段時間（大約1毫秒）后，電機驅動器才能完全工作。注意，nRESET和nSLEEP的內部下拉電阻約為100kΩ。這些信號需要被驅動到邏輯高電平以進行設備操作。

應用與實施

注意

以下應用章節中的信息不是TI組件規范的一部分，TI不保證其準確性或完整性。TI的客戶負責確定組件的適用性。客戶應驗證和測試其設計實現，以確認系統功能。

申請信息

DRV8840裝置用于有刷電機或步進電機控制。板載電流調節允許通過簡單的引腳配置來限制電機電流。

典型應用

設計要求

表3顯示了該應用的設計參數。

詳細設計程序

電流調節

最大電流（ITRIP）由Ix引腳、VREF模擬電壓和感測電阻值（RSENSE）設定。當啟動有刷直流電動機時，由于沒有反電動勢和高的制動轉矩，可能會產生大的勵磁涌流。電流調節將限制該涌入電流并防止啟動時出現高電流。

例子：如果所需的斬波電流為1.5 A：

•設置RSENSE=100 mΩ

•VREF必須為0.75 V

•從V3P3OUT（3.3 V）創建電阻分壓器網絡，以設置VREF=0.75 V

•設置R2=10 kΩ，設置R1=3 kΩ

感測電阻器

為了獲得最佳性能，感測電阻器必須：

•表面安裝

•低電感

•額定功率足夠高

•靠近電機驅動器

感測電阻器消耗的功率等于Irms2×R。例如，如果均方根電機電流為1.5 A，并且使用200 mΩ感應電阻器，則電阻器將消耗1.5 A2×0.2Ω=0.3 W。隨著電流水平的增大，功率迅速增加。

電阻器通常在某些環境溫度范圍內有一個額定功率，以及在高環境溫度下的降額功率曲線。當一個PCB與其他發熱元件共用時，應增加余量。最好是測量最終系統中的實際感測電阻溫度，以及功率mosfet，因為它們通常是最熱的元件。

由于功率電阻器比標準電阻器更大、更昂貴，因此通常在感測節點和接地之間并聯使用多個標準電阻器。這樣可以分配電流和散熱。

應用曲線

電源建議

DRV8840設計用于在8.2 V至45 V的輸入電壓電源（VM）下工作。該設備的絕對最大額定值為47 V。必須在每個VM引腳處放置一個額定值為VM的0.1-μF陶瓷電容器，盡可能靠近DRV8840。此外，VM上必須包括一個大容量電容器。

整體電容尺寸

具有合適的局部體積電容是電機驅動系統設計的一個重要因素。一般來說，有更多的體積電容是有益的，但缺點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：

•電機系統所需的最高電流。

•電源的電容和提供電流的能力。

•電源和電機系統之間的寄生電感量。

•可接受的電壓紋波。

•使用的電機類型（有刷直流、無刷直流、步進電機）。

•電機制動方法。

電源和電機驅動系統之間的電感會限制電源電流的變化率。如果局部大容量電容太小，系統將對過大的電流需求作出響應，或者隨著電壓的變化而從電機中卸載。當使用足夠的大容量電容時，電機電壓保持穩定，并能快速提供大電流。

數據表通常提供建議值，但需要進行系統級測試以確定適當尺寸的大容量電容器。

大容量電容器的額定電壓應大于工作電壓，以便在電機向電源傳輸能量時提供裕度。

布局

布局指南

每個VM終端必須使用低ESR陶瓷旁路電容器旁路至GND，推薦值為VM額定值0.1μF。這些電容器應放置在盡可能靠近VM引腳的地方，并與設備的GND引腳有一個厚的跡線或接地平面連接。

VM引腳必須使用額定為VM的大容量電容器旁路接地。該成分可能是一種電解液。

低ESR陶瓷電容器必須放置在CP1和CP2引腳之間。TI建議VM的額定值為0.1μF。將此部件盡可能靠近銷。

低ESR陶瓷電容器必須放置在VM和VCP引腳之間。TI建議16 V額定值為0.47μF。將該部件盡可能靠近銷。此外，在VM和VCP之間放置1 MΩ。

使用額定電壓為6.3 V的陶瓷電容器將V3P3旁路至接地。將該旁路電容器盡可能靠近引腳。

電流檢測電阻器應盡可能靠近器件引腳，以盡量減少引腳和電阻器之間的痕跡電感。

布局示例

熱注意事項

DRV8840具有如上所述的熱關機（TSD）。如果模具溫度超過約150°C，設備將被禁用，直到溫度降至安全水平。

設備進入TSD的任何趨勢都表明功率消耗過大、散熱不足或環境溫度過高。

功耗

DRV8840在運行直流電機時的平均功耗可粗略估計為：方程式3。

其中：

•P是一個H橋的功耗

•RDS（ON）是每個FET的電阻

•IOUT是施加到每個繞組的RMS輸出電流。

IOUT等于直流電機的平均電流。注意，在啟動和故障條件下，該電流遠高于正常運行電流；還需要考慮這些峰值電流及其持續時間。因數2來自于這樣一個事實：在任何時刻，兩個fet都在傳導繞組電流（一個高壓側和一個低壓側）。

裝置中可消耗的最大功率取決于環境溫度和散熱量。

注意RDS（ON）隨著溫度的升高而增加，因此當設備加熱時，功耗也會增加。在確定散熱器尺寸時，必須考慮到這一點。

散熱

電源板™ 包裝使用一個暴露的墊子來去除設備的熱量。為了正確操作，該焊盤必須與PCB上的銅熱連接以散熱。在具有接地板的多層PCB上，這可以通過添加多個通孔來實現，以將熱墊連接到地平面。在沒有內部平面的PCB上，可以在PCB的任一側添加銅區域來散熱。如果銅區在PCB的另一側，熱通孔用于在頂層和底層之間傳遞熱量。

一般來說，提供的銅面積越多，消耗的功率就越大。

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