特征

•適合汽車應用

•AEC-Q100符合以下結果：

–設備溫度等級1：–40°C至125°C環境工作溫度范圍

–設備HBM ESD等級H2

–設備CDM ESD分類等級C4B

•帶四個H橋的PWM電機驅動器

–驅動兩個步進電機、一個步進電機和兩個直流電機或四個直流電機

–每個繞組的電流高達1.5-A

–低導通電阻

–可編程最大繞組電流

–三位繞組電流控制允許多達八個電流電平

–可選擇慢速或混合衰減模式

•8-V至32-V工作電源電壓范圍

•閘門驅動的內部充電泵

•內置3.3-V參考

•串行數字控制接口

•充分保護，防止欠壓、過熱和過電流

•熱增強表面貼裝組件

應用

汽車

說明

DRV8823-Q1設備為打印機和其他辦公自動化設備應用提供集成電機驅動解決方案。

電機驅動電路包括四個H橋司機們。每個人電機驅動模塊采用N溝道功率mosfet作為H橋來驅動電機繞組。

一個簡單的串行接口只需幾個數字信號就可以控制電機驅動器的所有功能。還提供低功耗睡眠功能。

電機驅動器提供PWM電流控制能力。電流可編程，基于外部提供的參考電壓和外部電流檢測電阻器。此外，八個電流水平（通過串行接口設置）允許雙極步進電機的微步進。

提供過流保護、短路保護、欠壓閉鎖和超溫的內部停機功能。

DRV8823-Q1采用48針HTSSOP封裝（環保型：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訂購附錄。

簡化示意圖

典型特征

詳細說明

概述

DRV8823-Q1是一款雙步進電機驅動解決方案，適用于需要獨立控制兩個不同電機的汽車應用。該設備集成了四個NMOS H橋、一個微步進索引器和各種故障保護功能。DRV8823-Q1的電源電壓在8V和32V之間，能夠提供高達1.5A滿量程的輸出電流。實際滿標度電流將取決于環境溫度、電源電壓和PCB接地尺寸。

包括一個串行數據接口來控制電機驅動器的所有功能。通過所有四個HBridge的電流調節是通過每個H橋使用三個寄存器位來實現的。這三個寄存器位用于按VREF輸入引腳和感測電阻設置的滿標度電流的百分比來縮放每個電橋中的電流。電流調節可配置兩種不同的衰減模式：慢衰減和混合衰減。

對所有四個H橋中每個場效應晶體管的柵極驅動進行控制，以防止過渡過程中的任何交叉傳導（穿透電流）。

功能框圖

特性描述

PWM電機驅動器

DRV8823-Q1設備包含四個帶電流控制PWM電路的H橋電機驅動器。圖11顯示了電機控制電路的驅動器A和B（通常用于驅動雙極步進電機）的框圖。驅動器C和D與A和B相同（盡管輸出fet的RDS（ON）不同）。

請注意，有多個VM電機電源引腳。所有VM引腳必須連接到電機電源電壓。

保護電路

DRV8823-Q1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）

DRV8823-Q1設備中的所有驅動器都采用過電流保護（OCP）電路進行保護。

OCP電路包括一個模擬電流限制電路，當通過該電路的電流超過預設水平時，該電路通過移除每個輸出FET的柵極驅動來起作用。該電路將電流限制在一個安全的水平，以防止損壞FET。

數字電路監控模擬限流電路。如果任何模擬電流限制條件存在的時間超過預設時間，設備中的所有驅動器都將被禁用。

在移除并重新應用VM引腳上的電源后，設備將重新啟用。

熱關機（TSD）

如果模具溫度超過安全限制，設備中的所有驅動器都將關閉。

在模具溫度降到安全水平之前，該設備保持禁用狀態。溫度下降后，可在移除并重新應用VM引腳的電源后重新啟用設備。

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，則設備中的所有電路都將被禁用。當VM上升到UVLO閾值以上時，操作恢復。如果發生UVLO，索引器邏輯將重置為初始狀態。

擊穿電流防護

對H橋中每個場效應晶體管的柵極驅動進行控制，以防止過渡過程中的任何交叉傳導（穿透電流）。

設備功能模式

橋梁控制

當設置為1時，串行接口寄存器中的xENBL位啟用每個H橋中的電流流。

串行接口寄存器中的xPHASE位控制通過每個H橋的電流方向。表1顯示了邏輯。

電流調節

電機驅動器采用固定頻率PWM電流調節（也稱為電流斬波）。當一個繞組被激活時，通過它的電流上升直到達到一個閾值，然后電流被切斷直到下一個PWM周期。

PWM頻率固定在50 kHz，但也可以通過出廠選項設置為100 kHz。

PWM斬波電流由比較器設置，比較器將連接到xISEN引腳的電流感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。

滿量程（100%）斬波電流計算如下：

例子：

如果使用0.5-Ω感測電阻器且VREFx引腳為2.5 V，則滿標度（100%）斬波電流為：2.5 V/(5 × 0.5 Ω) = 1 A。

每個H橋使用三個串行接口寄存器位（xI2、xI1和xI0），以VREF輸入引腳和感測電阻設置的滿量程電流的百分比來縮放每個電橋中的電流。位的功能如表2所示。

衰變模式

在PWM電流斬波過程中，H橋可以驅動電機繞組，直到達到PWM電流斬波閾值。這在圖12中顯示為案例1。圖12中顯示的電流方向表示正向電流。

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12中的情況2所示。

在低電流模式下，電橋繞組在低電流衰減模式下都是緩慢衰減的。這在圖12中顯示為案例3。

DRV8823-Q1設備支持慢衰減和混合衰減模式。混合衰減模式以快速衰減開始，但在固定的時間段（PWM周期的75%）切換到慢衰減模式，以便在固定的PWM周期的剩余時間內切換到慢衰減模式。

慢衰變或混合衰變模式由串行接口寄存器中的xDECAY位的狀態選擇。如果xDECAY位為0，則選擇慢速衰減。如果xDECAY位為1，則選擇混合衰退。

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。7.5編程

串行數據傳輸

由移位到第一個LSSData的16位串行數據傳輸組成。

在對DRV8823-Q1設備進行串行寫入時，最終數據位之后的附加時鐘邊緣繼續將數據位移到數據寄存器中；因此，最后16位被鎖存并使用。

兩個寄存器中的一個是通過設置串行數據傳輸的四個高位的地址字段中的位來選擇的（下表中的ADDR）。一個16位寄存器用于控制1號電機（橋A和B），另一個16位寄存器用于控制電機2（橋C和D）。

只有當SCS輸入引腳處于高電平時，數據才能傳輸到串行接口。

數據最初被記錄到一個臨時保持寄存器中。該數據被鎖定在SSTB引腳上升沿的電機驅動器中。如果SSTB管腳始終處于高位，則數據將在所有16位傳輸完畢后鎖存。

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

DRV8823-Q1可用于驅動兩個雙極步進電機。

典型應用

設計要求

表5列出了該設計示例的設計要求。

詳細設計程序

電機電壓

適當的電機電壓取決于所選電機的額定值和所需的轉矩。更高的電壓縮短了步進電機線圈中的電流上升時間，允許更大的平均轉矩。使用更高的電壓也可以使電機以比較低電壓更快的速度運行。

驅動電流

運行到電機的電流路徑從電源VM開始，然后經過高側源NMOS功率FET，通過電機的感應繞組負載，然后通過低側下沉NMOS功率FET，最后通過外部感測電阻。DRV8823-Q1內部的兩個NMOS功率FET的功耗損耗如下式所示。

DRV8823-Q1在25°C溫度下，在標準FR-4 PCB上使用HTSSOP封裝，測量其能夠承受1.5-A的連續電流。最大持續電流將根據PCB設計和環境溫度而變化。

應用曲線

電源建議

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。所需的局部電容量取決于多種因素，包括：

•電機系統所需的最高電流

•電源的電容和電流源能力

•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高于工作電壓，以便在電機向電源傳輸能量時提供裕度。

布局

布局指南

大容量電容器的放置應盡量減少通過電機驅動裝置的大電流路徑的距離。連接金屬跡線寬度應盡可能寬，連接PCB層時應使用多個過孔。這些做法使電感最小化，并允許大容量電容器輸送高電流。

小容量電容器應該是陶瓷的，并且放置在離器件引腳很近的地方。

高電流設備輸出應使用寬金屬跡線。

設備熱墊應焊接到PCB頂層接地板上。應使用多個通孔連接到大型底層地平面。使用大金屬平面和多個通孔有助于消散器件中產生的I2×RDS（on）熱。

布局示例

熱注意事項

DRV8823-Q1設備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。

設備進入熱停堆的任何趨勢都表明功耗過大、散熱不足或環境溫度過高。

功耗

DRV8823-Q1器件的功耗主要由輸出FET電阻或RDS（ON）消耗的功率控制。步進電機運行時的平均功耗可由方程式3粗略估計。

式中：PTOT是總功耗，RDS（ON）是每個FET的電阻，IOUT（RMS）是施加到每個繞組的RMS輸出電流。IOUT（RMS）約等于滿標度輸出電流設置的0.7倍。系數4來自兩個電機繞組，并且在任何時刻，兩個fet為每個繞組傳導繞組電流（一個高壓側和一個低壓側）。DRV8823-Q1設備有兩個步進電機驅動器，因此必須將每個驅動器的功耗相加，以確定設備的總功耗。

在DRV8823-Q1設備中可以消耗的最大功率取決于環境溫度和散熱量。數據表中的熱耗散額定值表可用于估計典型PCB結構的溫升。

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。

下沉

PowerPAD集成電路封裝使用一個裸露的焊盤來去除設備中的熱量。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。圖21顯示了具有2盎司銅散熱片面積的單面PCB和帶有1盎司銅和實心接地板的4層PCB的熱阻與銅平面面積的關系。兩塊PCB的厚度分別為76 mm x 114 mm和1.6 mm。散熱片的有效性迅速增加到大約20平方厘米，然后在更大的面積上有所降低。

封裝兩側中心的六個引腳也連接到設備接地。銅質區域可用于連接PowerPAD集成電路封裝的PCB上，也可用于連接設備每側的所有接地引腳，這對于單層PCB設計尤其有用。

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