特征

•H橋電機驅動器

–驅動直流電機、步進電機的一個繞組或其他負載

–低MOSFET導通電阻：65 mΩHS+LS，4.2V，25°C

•5-A連續8A峰值驅動電流

•具有電流感應輸出的內部電流感應

•2至5.5-V工作電源電壓范圍

•過壓和欠壓鎖定

•低功耗睡眠模式

•100 mA隔離低壓差（LDO）電壓調節器

•24針VQFN封裝

應用

•具有高啟動扭矩的電池供電應用，例如：

–個人衛生（電動牙刷、剃須刀）

–玩具

–RC直升機和汽車

–機器人技術

說明

DRV8850設備為消費品、玩具和其他低壓或電池供電的運動控制應用提供了電機驅動器加上LDO調壓器解決方案。該設備有一個H橋驅動器來驅動直流電機、音圈執行器、步進電機的一個繞組、螺線管或其他設備。輸出驅動模塊由N通道功率mosfet組成，配置成Hbridge驅動負載。內部電荷泵產生所需的柵極驅動電壓。

DRV8850器件提供高達5安培的連續輸出電流（適當的PCB散熱）和高達8安培的峰值電流。它的工作電壓從2伏到5.5伏。

低壓差線性穩壓器與電機驅動器集成，為微控制器或其他電路供電。LDO穩壓器可以在設備休眠模式下激活，這樣驅動器就可以在不切斷由LDO電壓調節器供電的任何設備的電源的情況下關閉。

內部關閉功能提供過電流、短路、欠壓、過壓和過熱保護。此外，該裝置還內置電流傳感，以實現精確的電流測量。

DRV8850設備采用24針VQFN（3.5-mm×5.5-mm）封裝（環保：RoHS和無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

DRV8850是一個直流電機的集成電機驅動器解決方案。該設備集成了一個NMOS Hbridge、電流調節電路和各種保護電路。DR8850的電源電壓范圍為2V至5.5V，并能提供高達5A峰值電流的輸出電流。實際可操作峰值電流將取決于溫度、電源電壓和PCB接地平面尺寸。在VM=1.95 V和VM=2 V之間，H橋輸出關閉。

一個簡單的4針接口允許對每個內部H橋場效應晶體管進行單獨控制。不允許同時開啟HS和LS FET的情況。在此輸入條件下，HS和LS FET均關閉。

電流監控可在500毫安到5安的范圍內進行配置。VPROPI引腳輸出的模擬電流與流經H橋的電流成比例。VPROPI源于通過任一高側fet的電流。因此，當在快速衰減模式或低側慢衰減模式下運行時，VPROPI并不代表H橋電流。

集成在DRV8850中的LDO調節器通常用于為低功耗微控制器提供電源電壓。使用外部電阻器，輸出電壓可從1.6 V調節至VCC–VLDO。LDOEN引腳用于啟用或禁用LDO調節器；禁用時，輸出關閉，LDO調節器進入非常低的功率狀態。

功能框圖

特性描述

表1列出了外部組件。

電力主管

LDO調節器可以獨立于nSLEEP引腳激活。這種獨立性允許微控制器或其他設備由LDO電壓調節器供電，同時保持DRV8850設備進入睡眠模式的能力。

由于這個功能，nSLEEP和LDOEN都必須降低邏輯，以最小化睡眠模式下的功耗。如果LDO調節器在休眠模式下保持激活狀態，則會從電源中提取IVCQ2的靜態電流（通常為50μa加上通過外部反饋電阻器的電流）。

表2列出了DRV8850設備的操作模式邏輯。

橋梁控制

相應的輸入引腳控制DRV8850設備中的單個fet。不允許直通（HS和LS FET同時打開的情況）；在這種輸入條件下，HS和LS FET都將關閉。

表3列出了DRV8850設備的邏輯。

電流感應–VPROPI

VPROPI引腳輸出一個與H橋中的電流成比例的模擬電流。輸出電流通常是兩個高邊fet電流的1/2000。VPROPI源于通過任一高側fet的電流。因此，當在快速衰減模式或低側慢衰減模式下運行時，VPROPI并不代表H橋電流。VPROPI表示正向驅動、反向驅動和高壓側慢衰減下的H橋電流。在高側場效應晶體管接通后，VPROPI輸出延遲約2μs，并且達到大約VCC（包括HSon上的除硅）。選擇外部電阻器，使VPROPI上的電壓小于（VCC–1 V），因此電阻器的尺寸必須小于：

其中IOUT是要監視的最大驅動電流；

假設外部電阻滿足方程式1，則可監測的電流范圍為500 mA至5 A。

當使用獨立半橋作為高壓側驅動器時，VPROPI在慢衰減期間不輸出電流測量值。在典型運行期間，VPROPI表示流向連接到OUT1和OUT2的負載的總電流。

VPROPI作為低端驅動程序實現時是不起作用的。

回轉率控制

輸出的上升和下降時間（tR和tF）可以通過從SR引腳連接到地的外部電阻器的值來調整。輸出轉換率由DRV8850器件通過控制驅動場效應晶體管柵極的斜坡速率進行內部調整。

SR引腳上的典型電壓為0.6 V內部驅動。改變電阻值單調地將轉換率從大約100 ns增加到100μs。建議外部電阻器的值從GND到2.4 MΩ。如果SR引腳接地，則轉換率為100納秒。

死區時間

死區時間（tDEAD）是指在關閉一個H橋fet和打開另一個fet之間OUTx處于Hi-Z的時間。例如，在關斷高邊場效應晶體管和打開低邊場效應晶體管之間，輸出是Hi-Z。當驅動電流離開引腳時，觀察到輸出下降到一個二極管下降到地面以下。當驅動電流進入引腳時，可以觀察到輸出上升到VCC以上的一個二極管壓降。

DRV8850的模擬死區時間約為100納秒。除此模擬死區時間外，當FET柵極電壓小于閾值電壓時，輸出為Hi-Z。總死區時間取決于SR電阻的設置，因為FET柵極斜坡的一部分包括可觀測的死區時間。

傳播延遲

傳播延遲時間（tDELAY）被測量為輸入邊到輸出改變之間的時間。這個時間由兩部分組成：輸入除冰器和輸出回轉延遲。輸入除霧器防止輸入引腳上的噪聲影響輸出狀態。

輸出轉換率也有助于延遲時間。為了使輸出在典型操作期間改變狀態，首先必須關閉一個FET。根據SR電阻的選擇，FET柵極向下傾斜，當FET柵極下降到閾值電壓以下時，觀察到的傳輸延遲結束。

電源和輸入引腳

內部電荷泵產生的電壓大于用于驅動內部N溝道功率mosfet的VCC。電荷泵在VCP和VCC引腳之間需要一個電容器。TI建議用0.1-μF和10-μF陶瓷電容器繞過VCC接地，盡可能靠近IC。每個輸入引腳都有一個接地的弱下拉電阻（有關更多詳細信息，請參閱電氣特性）。

在沒有移除VCC電源的情況下，輸入引腳的電壓不應超過0.6 V。

LDO調壓器

LDO調節器集成在DRV8850設備中。LDO調節器通常用于為低功耗微控制器提供電源電壓。為了正常工作，使用陶瓷電容器將LDOOUT引腳旁路到GND。該成分的建議值為2.2μF。

兩個外部電阻器通過在LDOOUT和LDOFB之間創建分壓器來設置LDO電壓（VLDO）。LDO輸出電壓可由以下公式得出：

其中：

•R1位于LDOOUT和LDOFB之間

•R2在LDOFB和GND之間

使用外部電阻器，輸出電壓可從1.6 V調節至VCC–VLDO。LDOEN引腳用于啟用或禁用LDO調節器；禁用時，輸出關閉，LDO調節器進入低功率狀態。

當LDO電流負載超過ICL時，LDO穩壓器的行為類似于恒流源。當電流大于ICL時，LDO輸出電壓顯著下降。

保護電路

DRV8850設備具有防欠壓、過壓、過流和過熱事件的保護。

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tOCP，則H橋中的所有FET將被禁用。大約經過一段距離后，橋自動重新啟用。

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，都會導致過電流停機。

熱關機（TSD）

如果模具溫度超過tTSD，H橋中的所有FET都將被禁用。一旦模具溫度降至tTSD–tHYS以下，H橋將自動重新啟用。

欠壓鎖定（UVLO）

如果在任何時候VCC引腳上的電壓降到低于欠壓鎖定閾值電壓，裝置中的所有電路都將被禁用，內部邏輯復位。當VCC上升到高于UVLO閾值時，操作恢復。

過壓閉鎖（OVLO）

如果在任何時候VCC引腳上的電壓上升到VOVLO以上，輸出FET將被禁用（輸出為高Z）。當VCC低于VOVLO時，操作恢復。

注意安全

VCC必須保持低于設備的絕對最大額定值，否則可能會損壞設備。

設備功能模式

DRV8850內部邏輯和電荷泵正在運行，除非nSLEEP被拉低。LDO調節器可以獨立于nSLEEP引腳激活。這種獨立性允許微控制器或其他設備由LDO調節器供電，同時保持將DRV8850置于休眠模式的能力。

如果LDOEN和nSLEEP的邏輯都很低，那么設備將在睡眠模式下最小化電流消耗。當LDO調節器在休眠模式下保持激活狀態時，會從電源中提取靜態電流（通常為50μa加上通過外部反饋電阻器的電流）。

器件內的每個FET都由DRV8850上的相應輸入引腳控制。不允許同時開啟HS和LS FET的情況。在此輸入條件下，HS和LS FET均關閉。

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?？蛻魬炞C和測試其設計實現，以確認系統功能。

申請信息

DRV8850可用于驅動直流電機。

典型應用

設計要求

表4列出了該設計示例的參數。

詳細設計程序

電機電壓

使用的電機電壓取決于所選電機的額定值和所需的轉速。更高的電壓使刷直流電機的旋轉速度更快，同樣的脈寬調制占空比應用于功率場效應晶體管。更高的電壓也會增加通過感應電動機繞組的電流變化率。

驅動電流

電流路徑是通過高側源DMOS電源驅動器，電機繞組，和低側下沉DMOS電源驅動器。在一個源和匯DMOS功率驅動器中的功耗損耗如下式所示。

在標準FR-4 PCB上，DRV8850在25°C下的電流測量值為5-A。最大均方根電流根據PCB設計和環境溫度而變化。

應用曲線

電源建議

本體電容

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高電流路徑的距離。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。

•小值電容器應為陶瓷，并放置在靠近器件引腳的位置。

•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

DRV8850設備具有熱關機（TSD）部分所述的熱關機（TSD）。如果模具溫度超過大約tTSD，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

DRV8850器件的功耗是電機驅動器功耗和LDO調壓器功耗的總和。

LDO耗散可以簡單地用（VIN–VOUT）×IOUT計算。

電機驅動器中的功耗由輸出FET電阻（RDS（ON）中消耗的功率控制。功耗可通過以下方式估算：

其中：

•PTOT是總功耗

•RDS（ON）是每個FET的電阻

•IOUT（RMS）是被驅動的RMS輸出電流

設備中可耗散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。

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