特征

•適合汽車應(yīng)用

•AEC-Q100符合以下結(jié)果：

–設(shè)備溫度等級(jí)1：–40°C至125°C環(huán)境工作溫度范圍

–設(shè)備HBM ESD等級(jí)H2

–設(shè)備CDM ESD分類等級(jí)C4B

•帶四個(gè)H橋的PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

–驅(qū)動(dòng)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)、一個(gè)步進(jìn)電機(jī)和兩個(gè)直流電機(jī)或四個(gè)直流電機(jī)

–每個(gè)繞組的電流高達(dá)1.5-A

–低導(dǎo)通電阻

–可編程最大繞組電流

–三位繞組電流控制允許多達(dá)八個(gè)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(qū)動(dòng)的內(nèi)部充電泵

•內(nèi)置3.3-V參考

•串行數(shù)字控制接口

•充分保護(hù)，防止欠壓、過(guò)熱和過(guò)電流

•熱增強(qiáng)表面貼裝組件

應(yīng)用

汽車

說(shuō)明

DRV8823-Q1設(shè)備為打印機(jī)和其他辦公自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用提供集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括四個(gè)H橋司機(jī)們。每個(gè)人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用N溝道功率mosfet作為H橋來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組。

一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口只需幾個(gè)數(shù)字信號(hào)就可以控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的所有功能。還提供低功耗睡眠功能。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(cè)電阻器。此外，八個(gè)電流水平（通過(guò)串行接口設(shè)置）允許雙極步進(jìn)電機(jī)的微步進(jìn)。

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。

DRV8823-Q1采用48針HTSSOP封裝（環(huán)保型：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)表末尾的訂購(gòu)附錄。

簡(jiǎn)化示意圖

典型特征

詳細(xì)說(shuō)明

概述

DRV8823-Q1是一款雙步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案，適用于需要獨(dú)立控制兩個(gè)不同電機(jī)的汽車應(yīng)用。該設(shè)備集成了四個(gè)NMOS H橋、一個(gè)微步進(jìn)索引器和各種故障保護(hù)功能。DRV8823-Q1的電源電壓在8V和32V之間，能夠提供高達(dá)1.5A滿量程的輸出電流。實(shí)際滿標(biāo)度電流將取決于環(huán)境溫度、電源電壓和PCB接地尺寸。

包括一個(gè)串行數(shù)據(jù)接口來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的所有功能。通過(guò)所有四個(gè)HBridge的電流調(diào)節(jié)是通過(guò)每個(gè)H橋使用三個(gè)寄存器位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這三個(gè)寄存器位用于按VREF輸入引腳和感測(cè)電阻設(shè)置的滿標(biāo)度電流的百分比來(lái)縮放每個(gè)電橋中的電流。電流調(diào)節(jié)可配置兩種不同的衰減模式：慢衰減和混合衰減。

對(duì)所有四個(gè)H橋中每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制，以防止過(guò)渡過(guò)程中的任何交叉?zhèn)鲗?dǎo)（穿透電流）。

功能框圖

特性描述

PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

DRV8823-Q1設(shè)備包含四個(gè)帶電流控制PWM電路的H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。圖11顯示了電機(jī)控制電路的驅(qū)動(dòng)器A和B（通常用于驅(qū)動(dòng)雙極步進(jìn)電機(jī)）的框圖。驅(qū)動(dòng)器C和D與A和B相同（盡管輸出fet的RDS（ON）不同）。

請(qǐng)注意，有多個(gè)VM電機(jī)電源引腳。所有VM引腳必須連接到電機(jī)電源電壓。

保護(hù)電路

DRV8823-Q1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）

DRV8823-Q1設(shè)備中的所有驅(qū)動(dòng)器都采用過(guò)電流保護(hù)（OCP）電路進(jìn)行保護(hù)。

OCP電路包括一個(gè)模擬電流限制電路，當(dāng)通過(guò)該電路的電流超過(guò)預(yù)設(shè)水平時(shí)，該電路通過(guò)移除每個(gè)輸出FET的柵極驅(qū)動(dòng)來(lái)起作用。該電路將電流限制在一個(gè)安全的水平，以防止損壞FET。

數(shù)字電路監(jiān)控模擬限流電路。如果任何模擬電流限制條件存在的時(shí)間超過(guò)預(yù)設(shè)時(shí)間，設(shè)備中的所有驅(qū)動(dòng)器都將被禁用。

在移除并重新應(yīng)用VM引腳上的電源后，設(shè)備將重新啟用。

熱關(guān)機(jī)（TSD）

如果模具溫度超過(guò)安全限制，設(shè)備中的所有驅(qū)動(dòng)器都將關(guān)閉。

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

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，則設(shè)備中的所有電路都將被禁用。當(dāng)VM上升到UVLO閾值以上時(shí)，操作恢復(fù)。如果發(fā)生UVLO，索引器邏輯將重置為初始狀態(tài)。

擊穿電流防護(hù)

對(duì)H橋中每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制，以防止過(guò)渡過(guò)程中的任何交叉?zhèn)鲗?dǎo)（穿透電流）。

設(shè)備功能模式

橋梁控制

當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，串行接口寄存器中的xENBL位啟用每個(gè)H橋中的電流流。

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

電流調(diào)節(jié)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用固定頻率PWM電流調(diào)節(jié)（也稱為電流斬波）。當(dāng)一個(gè)繞組被激活時(shí)，通過(guò)它的電流上升直到達(dá)到一個(gè)閾值，然后電流被切斷直到下一個(gè)PWM周期。

PWM頻率固定在50 kHz，但也可以通過(guò)出廠選項(xiàng)設(shè)置為100 kHz。

PWM斬波電流由比較器設(shè)置，比較器將連接到xISEN引腳的電流感測(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。

滿量程（100%）斬波電流計(jì)算如下：

例子：

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

每個(gè)H橋使用三個(gè)串行接口寄存器位（xI2、xI1和xI0），以VREF輸入引腳和感測(cè)電阻設(shè)置的滿量程電流的百分比來(lái)縮放每個(gè)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(guò)程中，H橋可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組，直到達(dá)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(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(shè)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(kāi)始，但在固定的時(shí)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(shí)間內(nèi)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(tài)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(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。7.5編程

串行數(shù)據(jù)傳輸

由移位到第一個(gè)LSSData的16位串行數(shù)據(jù)傳輸組成。

在對(duì)DRV8823-Q1設(shè)備進(jìn)行串行寫(xiě)入時(shí)，最終數(shù)據(jù)位之后的附加時(shí)鐘邊緣繼續(xù)將數(shù)據(jù)位移到數(shù)據(jù)寄存器中；因此，最后16位被鎖存并使用。

兩個(gè)寄存器中的一個(gè)是通過(guò)設(shè)置串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃膫€(gè)高位的地址字段中的位來(lái)選擇的（下表中的ADDR）。一個(gè)16位寄存器用于控制1號(hào)電機(jī)（橋A和B），另一個(gè)16位寄存器用于控制電機(jī)2（橋C和D）。

只有當(dāng)SCS輸入引腳處于高電平時(shí)，數(shù)據(jù)才能傳輸?shù)酱薪涌凇?/p>

數(shù)據(jù)最初被記錄到一個(gè)臨時(shí)保持寄存器中。該數(shù)據(jù)被鎖定在SSTB引腳上升沿的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中。如果SSTB管腳始終處于高位，則數(shù)據(jù)將在所有16位傳輸完畢后鎖存。

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

DRV8823-Q1可用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)雙極步進(jìn)電機(jī)。

典型應(yīng)用

設(shè)計(jì)要求

表5列出了該設(shè)計(jì)示例的設(shè)計(jì)要求。

詳細(xì)設(shè)計(jì)程序

電機(jī)電壓

適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)電壓取決于所選電機(jī)的額定值和所需的轉(zhuǎn)矩。更高的電壓縮短了步進(jìn)電機(jī)線圈中的電流上升時(shí)間，允許更大的平均轉(zhuǎn)矩。使用更高的電壓也可以使電機(jī)以比較低電壓更快的速度運(yùn)行。

驅(qū)動(dòng)電流

運(yùn)行到電機(jī)的電流路徑從電源VM開(kāi)始，然后經(jīng)過(guò)高側(cè)源NMOS功率FET，通過(guò)電機(jī)的感應(yīng)繞組負(fù)載，然后通過(guò)低側(cè)下沉NMOS功率FET，最后通過(guò)外部感測(cè)電阻。DRV8823-Q1內(nèi)部的兩個(gè)NMOS功率FET的功耗損耗如下式所示。

DRV8823-Q1在25°C溫度下，在標(biāo)準(zhǔn)FR-4 PCB上使用HTSSOP封裝，測(cè)量其能夠承受1.5-A的連續(xù)電流。最大持續(xù)電流將根據(jù)PCB設(shè)計(jì)和環(huán)境溫度而變化。

應(yīng)用曲線

電源建議

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。所需的局部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

•電源的電容和電流源能力

•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)高于工作電壓，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

大容量電容器的放置應(yīng)盡量減少通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的大電流路徑的距離。連接金屬跡線寬度應(yīng)盡可能寬，連接PCB層時(shí)應(yīng)使用多個(gè)過(guò)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(yīng)該是陶瓷的，并且放置在離器件引腳很近的地方。

高電流設(shè)備輸出應(yīng)使用寬金屬跡線。

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

布局示例

熱注意事項(xiàng)

DRV8823-Q1設(shè)備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)入熱停堆的任何趨勢(shì)都表明功耗過(guò)大、散熱不足或環(huán)境溫度過(guò)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(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均功耗可由方程式3粗略估計(jì)。

式中：PTOT是總功耗，RDS（ON）是每個(gè)FET的電阻，IOUT（RMS）是施加到每個(gè)繞組的RMS輸出電流。IOUT（RMS）約等于滿標(biāo)度輸出電流設(shè)置的0.7倍。系數(shù)4來(lái)自兩個(gè)電機(jī)繞組，并且在任何時(shí)刻，兩個(gè)fet為每個(gè)繞組傳導(dǎo)繞組電流（一個(gè)高壓側(cè)和一個(gè)低壓側(cè)）。DRV8823-Q1設(shè)備有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，因此必須將每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的功耗相加，以確定設(shè)備的總功耗。

在DRV8823-Q1設(shè)備中可以消耗的最大功率取決于環(huán)境溫度和散熱量。數(shù)據(jù)表中的熱耗散額定值表可用于估計(jì)典型PCB結(jié)構(gòu)的溫升。

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)。

下沉

PowerPAD集成電路封裝使用一個(gè)裸露的焊盤(pán)來(lái)去除設(shè)備中的熱量。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。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(shí)心接地板的4層PCB的熱阻與銅平面面積的關(guān)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(cè)中心的六個(gè)引腳也連接到設(shè)備接地。銅質(zhì)區(qū)域可用于連接PowerPAD集成電路封裝的PCB上，也可用于連接設(shè)備每側(cè)的所有接地引腳，這對(duì)于單層PCB設(shè)計(jì)尤其有用。

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