特征

•單H橋電流控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dá)32個(gè)電流電平

•低MOSFET RDS（開(kāi)），典型0.65Ω（HS+LS）

•24 V時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流為5 A，TA=25°C

•內(nèi)置3.3V參考輸出

•并行數(shù)字控制接口

•熱增強(qiáng)表面安裝組件

•保護(hù)功能：

–過(guò)電流保護(hù)（OCP）

–熱關(guān)機(jī)內(nèi)部關(guān)機(jī)（TSD）

–VM欠壓鎖定（UVLO）

–故障狀態(tài)指示引腳（nFAULT）

應(yīng)用

•打印機(jī)

•掃描儀

•辦公自動(dòng)化機(jī)器

•游戲機(jī)

•工廠自動(dòng)化

•機(jī)器人技術(shù)

說(shuō)明

DRV8840為打印機(jī)、掃描儀和其他自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用提供集成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案。該裝置有一個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電機(jī)。每一個(gè)的輸出驅(qū)動(dòng)器塊由N通道功率mosfet組成，配置成全H橋來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組。DRV8840可提供高達(dá)5安峰值或3.5安的輸出電流（在24 V和25°C下適當(dāng)散熱）。

一個(gè)簡(jiǎn)單的并行數(shù)字控制接口與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備兼容。衰減模式可編程，以便在禁用時(shí)允許電機(jī)制動(dòng)或滑行。

提供過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓閉鎖和超溫的內(nèi)部停機(jī)功能。

DRV8840采用帶PowerPAD的28針HTSSOP封裝™ （環(huán)保：RoHS和no Sb/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)表末尾的醫(yī)囑內(nèi)容附錄。

簡(jiǎn)化示意圖

典型特征

詳細(xì)說(shuō)明

概述

DRV8840是一個(gè)集成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案，適用于打印機(jī)、掃描儀和其他自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用。該器件集成了單個(gè)NMOS H橋、電荷泵、電流檢測(cè)、電流調(diào)節(jié)和器件保護(hù)電路。DRV8828可以從8.2V到45V的單電源供電，并且能夠提供高達(dá)5A的連續(xù)輸出電流。

一個(gè)簡(jiǎn)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(dá)32個(gè)離散電流電平。電流調(diào)節(jié)方法在慢衰減和快衰減之間可調(diào)。

集成保護(hù)電路允許設(shè)備監(jiān)控和保護(hù)過(guò)電流、欠壓和過(guò)熱故障，這些故障都是通過(guò)故障指示引腳（nFAULT）報(bào)告的。集成了低功耗休眠模式，允許系統(tǒng)在不驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)降低功耗。

功能框圖

特性描述

PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

DRV8840設(shè)備包含一個(gè)帶電流控制PWM電路的H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。電機(jī)控制電路的框圖如圖5所示。

有多個(gè)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(guò)H橋的電流方向，從而控制直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。ENBL輸入引腳在高電平激活時(shí)啟用H橋輸出，也可用于電機(jī)的PWM速度控制。注意，當(dāng)ENBL=0時(shí)，衰變管腳的狀態(tài)選擇橋接器的行為，允許選擇慢衰減（制動(dòng)）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(nèi)部下拉電阻器。

電流調(diào)節(jié)

通過(guò)電機(jī)繞組的最大電流由固定頻率的PWM電流調(diào)節(jié)或電流斬波來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)H橋啟用時(shí)，電流通過(guò)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(dá)到電流斬波閾值，電橋?qū)⒔秒娏鳎钡较乱粋€(gè)PWM周期開(kāi)始。

對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，電流調(diào)節(jié)用于限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和失速電流。速度控制通常通過(guò)向ENBLx輸入引腳提供外部PWM信號(hào)來(lái)執(zhí)行。

如果不需要電流調(diào)節(jié)功能，可以通過(guò)將ISENSE引腳直接連接到地，將VREF引腳連接到V3P3來(lái)禁用。

PWM斬波電流由比較器設(shè)置，比較器將連接到ISEN引腳的電流檢測(cè)電阻器的電壓乘以系數(shù)5與參考電壓進(jìn)行比較。參考電壓從VREF引腳輸入，并通過(guò)5位DAC進(jìn)行縮放，該DAC允許以近似正弦順序?qū)㈦娏髟O(shè)置為0到100%。

滿標(biāo)度（100%）斬波電流在方程式1中計(jì)算。

例子：

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

五個(gè)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(cè)電阻設(shè)置的滿量程電流的百分比。I0-I4引腳的內(nèi)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(dòng)

在PWM電流斬波過(guò)程中，H橋可驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)電機(jī)繞組，直到達(dá)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(shí)的狀態(tài)。

一旦達(dá)到斬波電流閾值，H橋可以在兩種不同的狀態(tài)下工作，快衰減或慢衰減。

在快速衰減模式下，一旦達(dá)到PWM斬波電流電平，H橋?qū)⒎崔D(zhuǎn)狀態(tài)，以允許繞組電流反向流動(dòng)。當(dāng)繞組電流接近零時(shí)，電橋被禁用以防止任何反向電流流動(dòng)。快速衰減模式如圖6所示為案例2。

在慢衰減模式下，通過(guò)啟用電橋中的兩個(gè)低邊場(chǎng)效應(yīng)晶體管，繞組電流被重新循環(huán)。這在圖6中顯示為案例3。

DRV8840設(shè)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(tài)選擇-邏輯低選擇慢衰變，邏輯高設(shè)置快衰變模式。衰變管腳的內(nèi)部上拉電阻約為130 kΩ，內(nèi)部下拉電阻約為80 kΩ。如果引腳保持打開(kāi)或未驅(qū)動(dòng)，則設(shè)置混合衰減模式。

衰變模式在禁用時(shí)也會(huì)影響網(wǎng)橋的操作（通過(guò)使ENBL引腳處于非活動(dòng)狀態(tài)）。如果啟用輸入用于電機(jī)的PWM速度控制，或僅用于啟動(dòng)和停止電機(jī)旋轉(zhuǎn)，則此項(xiàng)適用。

如果衰減引腳高（快速衰減），當(dāng)電橋被禁用時(shí)，將進(jìn)入快速衰減模式，直到通過(guò)電橋的電流達(dá)到零。一旦電流為零，電橋?qū)⒈唤茫苑乐闺姍C(jī)反轉(zhuǎn)方向。這使發(fā)動(dòng)機(jī)滑行到停止位置。

如果衰變引腳低（慢衰變），當(dāng)ENBL失效時(shí)，兩個(gè)低側(cè)FET都將被打開(kāi)。這基本上縮短了反電動(dòng)勢(shì)的電機(jī)，導(dǎo)致電機(jī)制動(dòng)，并迅速停止。即使在電流達(dá)到零之后，低側(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管仍將保持導(dǎo)通狀態(tài)。

下料時(shí)間

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

保護(hù)電路

DRV8840設(shè)備具有充分的保護(hù)，可防止欠壓、過(guò)電流和過(guò)熱事件。

過(guò)流保護(hù)（OCP）

每個(gè)FET上的模擬電流限制電路通過(guò)移除柵極驅(qū)動(dòng)來(lái)限制通過(guò)FET的電流。如果該模擬電流限制持續(xù)時(shí)間超過(guò)OCP時(shí)間，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT引腳將被驅(qū)動(dòng)至低電平。設(shè)備將保持禁用狀態(tài)，直到應(yīng)用nRESET pin，或移除并重新應(yīng)用VM。

高壓側(cè)和低壓側(cè)裝置上的過(guò)電流情況；即對(duì)地短路、電源短路或電機(jī)繞組短路，都將導(dǎo)致過(guò)電流停機(jī)。注意，過(guò)電流保護(hù)不使用用于PWM電流控制的電流檢測(cè)電路，并且與ISENSE電阻值或VREF電壓無(wú)關(guān)。

熱關(guān)機(jī)（TSD）

如果模具溫度超過(guò)安全限值，H橋中的所有FET將被禁用，并且nFAULT引腳將被驅(qū)動(dòng)到低電平。一旦模具溫度下降到安全水平，操作將自動(dòng)恢復(fù)。

欠壓鎖定（UVLO）

如果在任何時(shí)候VM引腳上的電壓低于欠壓鎖定閾值電壓，設(shè)備中的所有電路將被禁用，內(nèi)部邏輯將被重置。當(dāng)VM高于UVLO閾值時(shí)，操作將恢復(fù)。

設(shè)備功能模式

復(fù)位和復(fù)位操作

當(dāng)?shù)碗娖津?qū)動(dòng)時(shí)，nRESET引腳復(fù)位內(nèi)部邏輯。它還禁用H橋驅(qū)動(dòng)程序。當(dāng)nRESET處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，將忽略所有輸入。

驅(qū)動(dòng)nSLEEP低將使設(shè)備進(jìn)入低功耗睡眠狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，H橋被禁用，柵極驅(qū)動(dòng)電荷泵停止，V3P3OUT調(diào)節(jié)器被禁用，所有內(nèi)部時(shí)鐘停止。在這種狀態(tài)下，所有輸入都被忽略，直到nSLEEP返回inactive high。從睡眠模式返回時(shí)，需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（大約1毫秒）后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器才能完全工作。注意，nRESET和nSLEEP的內(nèi)部下拉電阻約為100kΩ。這些信號(hào)需要被驅(qū)動(dòng)到邏輯高電平以進(jìn)行設(shè)備操作。

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。客戶應(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

DRV8840裝置用于有刷電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)控制。板載電流調(diào)節(jié)允許通過(guò)簡(jiǎn)單的引腳配置來(lái)限制電機(jī)電流。

典型應(yīng)用

設(shè)計(jì)要求

表3顯示了該應(yīng)用的設(shè)計(jì)參數(shù)。

詳細(xì)設(shè)計(jì)程序

電流調(diào)節(jié)

最大電流（ITRIP）由Ix引腳、VREF模擬電壓和感測(cè)電阻值（RSENSE）設(shè)定。當(dāng)啟動(dòng)有刷直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于沒(méi)有反電動(dòng)勢(shì)和高的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可能會(huì)產(chǎn)生大的勵(lì)磁涌流。電流調(diào)節(jié)將限制該涌入電流并防止啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)高電流。

例子：如果所需的斬波電流為1.5 A：

•設(shè)置RSENSE=100 mΩ

•VREF必須為0.75 V

•從V3P3OUT（3.3 V）創(chuàng)建電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)，以設(shè)置VREF=0.75 V

•設(shè)置R2=10 kΩ，設(shè)置R1=3 kΩ

感測(cè)電阻器

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Irms2×R。例如，如果均方根電機(jī)電流為1.5 A，并且使用200 mΩ感應(yīng)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(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

DRV8840設(shè)計(jì)用于在8.2 V至45 V的輸入電壓電源（VM）下工作。該設(shè)備的絕對(duì)最大額定值為47 V。必須在每個(gè)VM引腳處放置一個(gè)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(gè)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(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。

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

布局

布局指南

每個(gè)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(yīng)放置在盡可能靠近VM引腳的地方，并與設(shè)備的GND引腳有一個(gè)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(cè)電阻器應(yīng)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(xiàng)

DRV8840具有如上所述的熱關(guān)機(jī)（TSD）。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TSD的任何趨勢(shì)都表明功率消耗過(guò)大、散熱不足或環(huán)境溫度過(guò)高。

功耗

DRV8840在運(yùn)行直流電機(jī)時(shí)的平均功耗可粗略估計(jì)為：方程式3。

其中：

•P是一個(gè)H橋的功耗

•RDS（ON）是每個(gè)FET的電阻

•IOUT是施加到每個(gè)繞組的RMS輸出電流。

IOUT等于直流電機(jī)的平均電流。注意，在啟動(dòng)和故障條件下，該電流遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行電流；還需要考慮這些峰值電流及其持續(xù)時(shí)間。因數(shù)2來(lái)自于這樣一個(gè)事實(shí)：在任何時(shí)刻，兩個(gè)fet都在傳導(dǎo)繞組電流（一個(gè)高壓側(cè)和一個(gè)低壓側(cè)）。

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。在確定散熱器尺寸時(shí)，必須考慮到這一點(diǎn)。

散熱

電源板™ 包裝使用一個(gè)暴露的墊子來(lái)去除設(shè)備的熱量。為了正確操作，該焊盤(pán)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(guò)添加多個(gè)通孔來(lái)實(shí)現(xiàn)，以將熱墊連接到地平面。在沒(méi)有內(nèi)部平面的PCB上，可以在PCB的任一側(cè)添加銅區(qū)域來(lái)散熱。如果銅區(qū)在PCB的另一側(cè)，熱通孔用于在頂層和底層之間傳遞熱量。

一般來(lái)說(shuō)，提供的銅面積越多，消耗的功率就越大。

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