特征

•高效率功率級（高達97%），低RDS（on）MOSFET（TJ=25°C時為80 mΩ）

•工作電源電壓高達50 V（最大絕對值70 A）

•DRV8312（功率衰減）：高達3.5-A連續相電流（峰值6.5-A）

•DRV8332（功率墊高）：高達8-A連續相電流（峰值13-A）

•三相獨立控制

•PWM工作頻率高達500 kHz

•集成自我保護電路，包括欠壓、過熱、過載和短路

•可編程循環限流保護

•每個半橋的獨立電源和接地引腳

•智能門驅動和防交叉傳導

•不需要外部緩沖器或肖特基二極管

應用

•無刷直流電機

•三相永磁同步電動機

•逆變器

•半橋驅動器

•機器人控制系統

3說明

DRV83x2是高性能集成三相電機驅動器，具有先進的保護系統。

由于功率mosfet的低RDS（on）和智能門驅動設計，這些電機驅動器的效率可以達到97%。這種高效率使用更小的電源和散熱片，而這些設備是節能應用的良好候選。

DRV83x2需要兩個電源，一個用于GVDD和VDD，另一個高達50V用于PVDD。DRV83x2可以在高達500千赫的開關頻率下工作，同時仍然保持精確的控制和高效率。這些設備還具有創新的保護系統，保護設備免受可能損壞系統的各種故障條件的影響。這些保護措施包括短路保護、過電流保護、欠壓保護和兩級熱保護。DRV83x2有一個限流電路，可防止設備在負載瞬變（如電機啟動）期間停機。可編程過電流檢測器允許可調的電流限制和保護水平，以滿足不同的電機要求。

DRV83x2每個半橋都有獨特的獨立電源和接地引腳。這些引腳使得通過外部并聯電阻器提供電流測量成為可能，并支持具有不同電源電壓要求的半橋驅動器。

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。

簡化應用程序圖

典型特征

詳細說明

概述

當三個高阻抗二極管被復位時，高阻抗的電流通過三個高阻二極管被復位。當RESET AU A為高且PWM U A為低時，OUT U A被驅動為低，其低側FET啟用。當RESET AU A高且PWM U A高時，OUT U A驅動高，其高側FET啟用。B和C也是如此。

功能框圖

特性描述

錯誤報告

故障和OTW引腳均為低電平開路漏極輸出。它們的功能是向PWM控制器或其他系統控制設備發送保護模式信號。

任何導致設備關閉的故障，如過熱關機、過電流關機或欠壓保護，都會由故障引腳變低發出信號。同樣，當器件結溫超過125°C時，OTW變低（見表1）。

TI建議使用系統微控制器監控OTW信號，并通過降低負載電流來響應OTW信號，以防止設備進一步加熱導致設備過熱停機（OTSD）。

變為紅色uce外部元件計數，在故障和OTW輸出端提供一個連接到內部VREG（3.3V）的內部上拉電阻器。5V邏輯的電平合規性可通過將外部上拉電阻器添加到5V來獲得（有關更多規范，請參閱本數據表的電氣特性部分）。

裝置保護系統

DRV83x2包含先進的保護電路，經過精心設計，有助于系統集成和易用性，以及保護設備不因短路、過電流、過熱和欠壓等多種故障條件而發生永久性故障。DRV83x2通過立即將半橋輸出設置為高阻抗（Hi-Z）狀態并斷言故障引腳低，從而對故障做出響應。在過流或過熱以外的情況下，當故障條件消除或柵極電源電壓升高時，裝置自動恢復。為了獲得盡可能高的可靠性，當從過電流關機（OCSD）或OTSD故障恢復時，在關機后1秒內從外部復位設備。

自舉電容器欠壓保護

當器件以較低的開關頻率運行（例如，使用100 nF的自舉電容器小于10 kHz）時，自舉電容器電壓可能無法為高壓側柵極驅動器保持適當的電壓電平。自舉電容器欠壓保護電路（BST_vp）可以防止高壓MOSFET的潛在故障。當自舉電容器上的電壓低于安全運行所需的值時，DRV83x2將啟動自舉電容器充電順序（短時間關閉高壓側場效應晶體管），直到自舉電容器為安全運行而正確充電。當PWM占空比過高時（例如，10 kHz時，關閉時間小于20 ns），也可激活此功能。請注意，如果在BST_UVP操作期間輸出端出現空載或極輕負載，則可能無法對自舉電容器充電，因此建議在每個PWM周期中打開低壓側FET至少50ns，以避免BST_vp操作。

對于開關頻率低于10 kHz且不觸發BST_-UVP保護的應用，可使用更大的自舉電容器（例如，用于800 Hz操作的1-uF電容器）。當使用大于220 nF的自舉電容器時，建議在12V GVDD電源和GVDD U X引腳之間增加5歐姆電阻，以限制內部引導二極管上的涌入電流。

過電流（OC）保護

DRV83x2具有獨立的快速反應電流檢測器，在所有高側和低側功率級FET上具有可編程跳閘閾值（OC閾值）。通過模式選擇引腳有兩種OC保護設置：循環循環（CBC）限流模式和OC閉鎖（OCL）關閉模式。

在CBC限流模式下，探測器輸出由兩個保護系統監控。第一保護系統控制功率級以防止輸出電流進一步增大，即，它執行CBC限流功能，而不是過早地關閉設備。該特性可以有效地限制電機啟動或瞬態過程中的涌流，而不會損壞設備。在對電源短路和對地短路的情況下，由于限流電路可能無法將電流控制到適當的水平，第二個保護系統觸發閉鎖關閉，導致相關半橋被設置為高阻抗（Hi-Z）狀態。限流和過流保護分別獨立于半橋A、B和C。

圖6說明了高側OC事件下的循環運行，圖7顯示了低側OC的循環運行。虛線為未觸發CBC事件時的操作波形，實線為觸發CBC事件時的波形。在CBC限流模式下，當檢測到低側FET OC時，設備將關閉受影響的低側FET，并將高側FET保持在同一半橋上，直到下一個PWM周期；當檢測到高側FET OC時，設備將關閉受影響的高側FET，并在半橋上打開低側FET，直到下一個PWM周期。

值得注意的是，如果在CBC中發生過電流事件時，半橋的輸入保持為恒定值，則在過流事件結束時，相關半橋將處于HI-Z狀態。循環輸入將允許輸出繼續正常運行。

在OC閉鎖關閉模式下，CBC電流限制和錯誤恢復電路被禁用，過電流情況將導致設備關閉。關機后，必須斷言RESET_A、RESET_B和RESET_C，以便在消除過電流條件后恢復正常運行。

為了增加靈活性，OC閾值可通過在OC_ADJ引腳和AGND引腳之間連接的單個外部電阻器進行編程。有關編程電阻值和OC閾值之間的相關性的信息，請參閱表2。

表2中的值顯示了給定電阻器的典型OC閾值。假設多個器件的OC_ADJ引腳上的電阻是固定的，則OC閾值測量中的器件間變化可能為20%。因此，此功能設計用于系統保護，而不是用于精確電流控制。

應該注意的是，一個正常工作的過電流檢測器假設在功率級輸出端存在一個合適的電感器或功率鐵氧體磁珠。短路保護不能通過功率級輸出引腳的直接短路來保證。

超溫保護

DRV83x2有一個兩級溫度保護系統，當裝置結溫超過125℃（標稱值）時，該裝置會發出一個激活的低報警信號（OTW）；如果裝置結溫超過150℃（標稱值），則裝置將進入熱停堆狀態，導致所有半橋輸出設置為高阻抗（Hi-Z）狀態，故障被斷言為低。在這種情況下，OTSD被鎖定，RESET_A、RESET_B和RESET_C必須被斷言為低以清除閂鎖。

欠壓保護（UVP）和上電復位（POR）

DRV83x2的UVP和POR電路在任何通電/斷電和斷電情況下完全保護設備。通電時，POR電路復位過電流電路，并確保當GVDD U X和VDD電源電壓達到9.8 V（典型值）時，所有電路都能完全工作。盡管GVDD U X和VDD是獨立監測的，但任何VDD或GVDD_X引腳上的低于UVP閾值的電源電壓降會導致所有半橋輸出立即設置為高阻抗（Hi-Z）狀態，故障被斷言為低。當自舉電容器上的所有電源電壓都高于UVP閾值時，設備自動恢復運行。

裝置復位

提供三個復位引腳用于半橋A、B和C的獨立控制。當reset Ux被斷言為低時，半橋X中的兩個功率級FET被強制進入高阻抗（Hi-Z）狀態。

復位輸入上的上升沿過渡允許設備在停機故障后恢復運行。也就是說，當半橋X在CBC模式下OC關閉時，RESET UX引腳的低到高轉換將清除故障和故障引腳。當OTSD或OC在閉鎖模式下關閉時，所有三個復位“A”、“B”和“C”都需要有一個從低到高的轉換，以清除故障并重置故障信號。

設備功能模式

不同的運行模式

DRV83x2支持兩種不同的操作模式：

•三相（3PH）或三個半橋（HB），帶CBC電流限制

•三相或三個半橋，OC閉鎖關閉（無CBC電流限制）

因為每個半橋都有獨立的電源和接地引腳，所以可以在PVDD到PVDD_X或GND_X到GND（接地層）之間插入一個并聯感應電阻器。建議在PVDD和PVDD_X之間安裝一個高側并聯電阻用于差分電流傳感，因為低側傳感上的高偏壓會影響器件的運行。如果必須使用低壓側感應，建議并聯電阻值為10 mΩ或更小，或感應電壓為100 mV或更低。

圖8和圖11顯示了三相應用示例，圖12顯示了如何使用一些簡單的邏輯連接到DRV83x2，以適應傳統的6 PWM輸入控制。

我們建議使用互補控制方案切換相位，以防止循環能量在相位內流動，并使限流功能始終有效?；パa控制方案還要求電流始終流過感測電阻，從而使系統具有更好的電流感測和控制能力。

圖13顯示了帶霍爾傳感器控制的六步梯形方案，圖14顯示了無傳感器控制的六步梯形方案。根據所用電機的不同，實際應用中的霍爾傳感器序列可能與圖13中顯示的不同。請查閱電機制造數據表，了解應用程序的正確順序。在六步梯形互補控制方案中，占空比大于50%的半橋為正電流，小于50%占空比的半橋為負電流。對于正常工作，將PWM占空比從50%更改為100%，將通過六步控制將電流從0調整到最大值。建議在較低側的每個開關周期施加至少50 ns到100 ns的PWM脈沖，以正確地對自舉閥蓋進行充電。最小脈沖對低邊場效應晶體管的影響很小，例如，在低邊有100ns的最小脈沖時，最大占空比為99.9%。RESET UX引腳可用于使通道X進入高阻抗模式。如果您喜歡PWM切換一個通道，但保持另一個通道的低壓側FET處于打開狀態（第三個通道處于Hi-Z），則建議使用OT閉鎖關閉模式，以防止在CBC模式的OC事件期間，低側FET打開的通道卡在Hi-Z中。

DRV83x2還可用于正弦波形控制和磁場定向控制。請查閱TI網站MCU電機控制庫，了解控制算法。

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

DRV83x2設備通常用于驅動三相無刷直流電機。

典型應用

三相運行

設計要求

本節介紹設計注意事項。

詳細設計程序

電機電壓

無刷直流電動機通常額定電壓一定。較高的電壓通常具有使電流通過感應繞組變化更快的優點，這使得轉速更高。較低的電壓允許更精確地控制相電流。

12V電源電流要求

DRV83x2需要為GVDD和VDD引腳提供12伏電源。在室溫下，總電源電流相當低（小于50毫安），但當器件溫度過高（例如高于125°C）時，電流可能顯著增加，特別是在重載條件下，這是由于12V保護環收集了襯底電流。因此，建議設計電流容量至少為負載電流5-10%且不低于100毫安的12V電源，以確保設備在所有溫度范圍內的性能。

去耦電容器電壓

去耦電容器的電壓應根據良好的設計實踐進行選擇。必須考慮溫度、紋波電流和電壓過沖。高頻去耦電容器應采用X5R或更高額定值的陶瓷電容器。對于50 V應用，建議最小額定電壓為63 V。

過電流閾值

在為OC_ADJ選擇電阻值時，應考慮正常系統行為下允許的峰值電流、電阻器公差以及表2電流具有±10%公差的事實。例如，如果6A是所有正常行為中允許的最高系統電流，則具有10%公差的27kΩOC_ADJ電阻器是一個合理的選擇，因為它會將OCTH設置為大約8A–12A。

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 x R。例如，如果峰值電機電流為3A，均方根電機電流為2A，并且使用0.05Ω感應電阻器，則電阻器將消耗2A2 x 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。

輸出電感選擇

對于正常運行，電機中的電感（假設大于10μH）足以提供低di/dt輸出（例如，EMI）和過載條件下的適當保護（CBC限流特性）。所以在正常工作時不需要額外的輸出電感器。

然而，在短時間內，電機（或其他負載）可能短路，因此負載電感可能不再存在于系統中；短路狀態下的電流可以達到如此高的水平，可能超過abs最大電流額定值，因為短路路徑中的阻抗極低，在oc檢測電路啟動之前，di/dt很高。因此，建議使用DRV83x2中的短路保護功能的鐵氧體磁珠或電感器。使用外部電感器或鐵氧體磁珠，電流將以非常慢的速度上升，并在oc保護啟動前達到較低的電流水平。然后，設備將運行CBC電流限制或OC自動關閉（當電流遠高于電流限制閾值時），以保護系統。

對于空間有限的系統，可以用鐵氧體磁珠代替電感器。鐵氧體磁珠的額定電流必須高于系統正常運行時的均方根電流。不建議使用頻率極高的鐵氧體磁珠。建議在10 MHz或更低頻率下，最小阻抗為10Ω或更高，以有效限制短路條件下的電流上升率。

TDK MPZ2012S300A和MPZ2012S101A（尺寸為0805英寸型號）已在我們的系統中進行測試，以滿足DRV8312中的短路條件。但也可以使用其他具有類似頻率特性的鐵氧體磁珠。

對于更高功率的應用，例如在DRV8332中，選擇具有高電流額定值的合適鐵氧體磁珠的選項可能有限。如果找不到足夠的鐵素體磁珠，可以使用電感器。

電感可計算為：

其中：

•Toc_延遲=250 ns

•Ipeak=15 A（低于abs最大額定值）。

由于電感器在達到額定電流后通常很快飽和，因此建議使用雙倍值的電感器或電流額定值遠高于工作條件的電感器。

應用曲線

DRV8312三相運行應用圖

采用常規6 PWM輸入方案的控制信號邏輯

采用6步梯形方案的霍爾傳感器控制

采用6步梯形方案的無傳感器控制

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。

系統上電和斷電順序

通電

DRV83x2不需要通電順序。H橋的輸出保持高阻抗狀態，直到柵極驅動電源電壓GVDD_X和VDD電壓高于欠壓保護（UVP）電壓閾值（見本數據表的電氣特性部分）。雖然不是特別需要，但建議在給設備通電時將RESET_A、RESET_B和RESET_C保持在低狀態。這使得內部電路可以通過使半橋輸出的微弱下拉而給外部自舉電容器充電。

斷電

DRV83x2不需要斷電順序。只要網關驅動電源（GVDD U X）電壓和VDD電壓高于UVP電壓閾值（請參閱本數據表的電氣特性部分），該設備仍將完全運行。雖然不是特別要求，但在斷電期間保持RESET_a、RESET_B和RESET_C低是一個好的做法，以防止在此轉換過程中出現任何未知狀態。

系統設計建議

VREG引腳

VREG引腳用于內部邏輯，不應用作外部電路的電壓源。VREG引腳上的電容器應連接到AGND。

VDD引腳

VDD管腳的瞬態電流明顯高于通過VDD管腳的平均電流。應使用低電阻路徑至GVDD。22-μF至47-μF電容器應放置在100 nF至1-μF去耦電容器旁邊的VDD引腳上，以在瞬態期間提供恒定電壓。

OTW銷

OTW報告表明器件接近高結溫。該信號可與單片機配合使用，在OTW較低時降低系統功率，防止OT在較高溫度下停機。

3.3V邏輯不需要外部上拉電阻或3.3V電源。OTW引腳有一個連接到內部3.3V的內部上拉電阻器，以減少外部組件的數量。對于5V邏輯，需要一個5V的外部上拉電阻器。

故障引腳

故障引腳報告導致設備關閉的任何故障情況。3.3V邏輯不需要外部上拉電阻或3.3V電源。故障引腳有一個連接到內部3.3V的內部上拉電阻器，以減少外部元件的數量。對于5V邏輯，需要一個5V的外部上拉電阻器。

OC_ADJ引腳

為了精確控制過流保護，OC_ADJ引腳必須通過OC調節電阻器連接到AGND。

PWM引腳和復位引腳

建議在不使用時將這些引腳連接到AGND或GND，這些引腳只支持3.3V邏輯。

模式選擇引腳

模式選擇引腳（M1、M2和M3）應連接到VREG（邏輯高）或AGND（邏輯低）。如果AGND和GND之間使用1Ω電阻，則不建議將模式引腳連接到板接地。

布局

布局指南

PCB材料建議

•建議使用FR-4玻璃環氧材料，頂層和底層均含2盎司銅，以提高熱性能（更好的散熱性）和更低的噪聲敏感性（較低的PCB跡線電感）。

接地層

•由于這些設備的功率水平，建議對整個系統/板使用一個不間斷的大接地層。

•可在PCB底層輕松制作接地板。

•為了盡量減少接地痕跡的阻抗和電感，接地引腳的跡線在通過通孔連接到底部接地層之前應盡可能短和寬。

•建議使用多個過孔，以降低過孔的阻抗。盡量清理設備周圍的空間，尤其是底部PCB側，以改善熱擴散。

去耦電容器

•高頻去耦電容器（100 nF）應放置在靠近PVDD U X管腳的位置，并具有短接地回路，以將PCB線路上的電感降至最低。

AGND

•AGND是邏輯信號的局部內部接地。建議在GND和AGND之間連接一個1Ω的電阻，以隔離從板接地到AGND的噪聲。

•還有另外兩個組件連接到本地接地：VREG到AGND之間的0.1-μF電容器，OC_adj和AGND之間的Roc_adj電阻器。

•VREG的電容器應放置在靠近VREG和AGND引腳的位置，并且無需通孔連接。

布局示例

電流分流電阻器

•如果電流并聯電阻器連接在GND U X到GND或PVDD_X到PVDD之間，確保每個GND_X或PVDD_X引腳只有一條單獨的路徑連接到并聯電阻器，并且每個感測路徑上的路徑短且對稱，以將因軌跡上附加電阻而產生的測量誤差降至最低。

圖16、圖17和圖18顯示了DRV8312的原理圖和PCB布局示例。

T1:PVDD去耦電容器C37、C43和C46應放置在非?？拷黀VDD_X引腳和接地回路的地方。

T2:VREG去耦電容器C33應放置在非常靠近VREG abd AGND引腳的位置。

T3：盡量清理設備上下空間，以提高熱擴散。

T4：增加多個通孔，以降低通過頂部到底部的接地路徑的阻抗。盡可能寬地跟蹤地面路徑，如GND_X路徑。

圖17：印刷電路板——頂層

B1：不要堵塞底部的傳熱通道。盡可能多的清理空間，以便更好地散熱。

圖18：印刷電路板-底層

熱注意事項

DRV8332附帶的熱增強封裝設計為使用中間的熱界面化合物（即北極銀陶瓷、TIMTronics 413等）直接與散熱器連接。然后，散熱器從集成電路中吸收熱量并將其耦合到局部空氣中。將散熱器連接到PCB板上的系統接地也是一個很好的做法，以減少接地噪聲。

RθJA是從接頭到環境空氣的系統熱阻。因此，它是一個包含以下組件的系統參數：

•RθJA（從接頭到外殼的熱阻，或在本例中為功率墊或熱段塞）

•熱油耐熱性

•散熱器熱電阻

潤滑脂熱阻可根據暴露的功率墊或熱段塞面積和導熱脂制造商的面積熱阻（以°C-in2/W或°C-mm2/W表示）。外露熱段塞的近似尺寸如下：

熱墊的熱阻被認為高于薄的熱潤滑脂層，因此不建議使用。熱膠帶的熱阻甚至更高，根本不應使用。散熱片熱阻由散熱器供應商預測，使用連續流動動力學（CFD）模型建?；驕y量。

因此，系統RθJA=RθJA+導熱脂阻力+散熱片阻力。

熱通孔設計建議

DRV8312的熱墊安裝在器件的底部，以提高器件的熱性能。為了提供數據表中規定的功率，熱焊盤必須焊接在PCB上，覆蓋范圍非常好。下圖顯示了DRV8312建議的熱通孔和焊環圖案設計。有關更多信息，請參閱TI應用報告、PowerPad Make Easy（SLMA004）和PowerPad布局指南（SLOA120）。

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