特點

•H橋電機驅動器單獨

–驅動直流電機或其他負載

–低RDS（on）MOSFET（0.4Ω典型值）

•低功耗睡眠模式

•支持100%PWM

•8-38-V工作電源電壓范圍

•熱增強表面貼裝組件

•可配置過電流限制

•保護功能

–VBB欠壓鎖定（UVLO）

–充電泵欠壓（CPUV）

–過電流保護（OCP）

–電源短路保護（STS）

–接地短路保護（STG）

–過熱警告（OTW）

–超溫停機（OTS）

–故障狀態(tài)指示引腳（nFAULT）

應用

•打印機

•工業(yè)自動化

•機器人技術

•電動杠桿

說明

DRV8816提供了一個多功能的電源驅動解決方案，有兩個獨立的½-H橋式驅動器。該裝置可以驅動一個有刷直流電機或步進電機的一個繞組，也可以驅動電磁閥等其他裝置。一個簡單的INx/ENx接口可以方便地連接到控制器電路。

輸出級使用配置為½-H橋的N溝道功率mosfet。DRV8816的峰值輸出電流可達±2.8A，工作電壓高達38V。內部電荷泵產生所需的柵極驅動電壓。

提供了一種低功耗休眠模式，該模式關閉內部電路以實現(xiàn)非常低的靜態(tài)電流消耗。此睡眠模式可使用專用nSLEEP引腳設置。

內部保護功能可用于UVLO、電荷泵故障、OCP、對電源短路保護、對地短路保護、過熱警告和超溫停機。故障狀態(tài)通過nFAULT引腳指示。

DRV8816封裝在帶有PowerPAD的16針HTSSOP封裝中™ （環(huán)保：RoHS&noSb/Br）。

設備信息

（1）、有關所有可用的軟件包，請參閱數(shù)據表末尾的訂購附錄。

簡化示意圖

典型特征

詳細說明

概述

DRV8816使用4個CMOS輸入控制2個高壓大電流輸出，同時集成保護功能、故障報告、休眠模式和電流感應。根據表2，EN1和IN1控制OUT1，EN2和IN2控制OUT2。該裝置設計為驅動兩個獨立負載或一個有刷直流電動機，如圖4和表3所示。

當使用RSENSE電阻器時，如果VSENSE超過500毫伏，DRV8816將自動禁用，這提供了用戶可編程的過電流閾值。VPROPI輸出等于放大5倍的感測電壓，微控制器可以使用它來了解電機電流，從而對DRV8816輸入進行脈沖寬度調制并調節(jié)電機電流。

功能框圖

功能描述

橋梁控制

DRV8816通過每個½-H橋的單獨啟用和輸入引腳進行控制。

表2顯示了DRV8816的邏輯。

如果一個直流電機連接到DRV8816，則它連接在OUT1和OUT2引腳之間，如圖4所示。兩臺直流電機也可連接至DRV8816。在這種模式下，不可能反轉電機的方向；電機只能朝一個方向轉動。連接如圖4所示。

表3顯示了如何控制單刷直流電機的電機運行。

（1）、半H橋是獨立的，輸出狀態(tài)依賴于ENx和INx。

表4顯示了如何控制雙刷直流電機的電機運行。

充油泵

電荷泵用于產生高于VBB的電源，以驅動源端DMOS門。CP1和CP2之間應連接一個0.1-μF陶瓷單片電容器，以便于泵送。在VCP和VBB之間連接一個0.1μF的陶瓷單片電容器作為儲能器來運行高端DMOS器件。VCP電壓電平由內部監(jiān)控，在故障情況下，設備的輸出將被禁用。

VPROPI

VPROPI輸出約等于檢測引腳上的電壓的5倍。VPROPI只有在有一個電阻器連接到SENSE引腳時才有意義；如果SENSE連接到地，VPROPI測量0 V。還要注意，在慢衰減（制動）期間，VPROPI測量0 V。VPROPI最多可輸出2.5 V，因為在500 mV的SENSE時，H橋被禁用。

保護電路

DRV8816具有全面保護，可防止VBB欠壓、電荷泵欠壓、過電流和過熱事件。

VBB UVLO

如果在任何時候VBB引腳上的電壓低于UVLO閾值電壓，H橋中的所有FET將被禁用，電荷泵將被禁用。當VBB高于UVLO閾值時，操作將恢復。注意，nFAULT并不表示UVLO，因為CPUV故障總是在VBB=12v以下斷言。

VCP UVLO（CPUV）

在CPUV事件期間，VCP電壓測量值低于VCP+10 V。如果VCP引腳上的電壓在任何時候低于UVLO閾值電壓，則nFAULT引腳被驅動為低電平。恢復操作后，nFAULT引腳將被釋放。注意，該故障不會使輸出FET失效，并允許設備繼續(xù)運行。當VBB低于12 V時，此故障狀態(tài)總是被斷言，并且nFAULT被拉低。

OCP

監(jiān)控流經高壓側和低壓側驅動器的電流，以確保電機導線沒有對電源或接地短路。如果檢測到短路，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT被驅動為低電平，并且tOCP故障計時器啟動。在這段時間之后，tOCP，設備將被允許跟隨輸入命令，并嘗試另一個開啟（在此嘗試期間，nFAULT再次變高）。如果仍有故障，則循環(huán)重復。如果在tOCP到期后，確定不存在短路情況，則恢復正常操作并釋放故障。

OTW

如果模具溫度升高超過熱警告閾值，則nFAULT引腳驅動低。當模具溫度降至滯后水平以下時，nFAULT引腳被釋放。如果模具溫度繼續(xù)升高，設備將進入OTS中所述的過熱關機狀態(tài)。

OTS

如果模具溫度超過安全限值，則H橋中的所有FET將被禁用，電荷泵將關閉。模具溫度降至安全水平后，操作自動恢復。

設備功能模式

感官

低值電阻器可放置在感測引腳和接地之間，用于電流感應。印刷電路板的設計應在電阻器的每一側都有寬的金屬路徑，以盡量減少會降低檢測精度的IR降。同樣，從感測電阻器到DRV8816和大容量電容器的距離也應最小化。

要設置手動過電流跳閘閾值，在檢測引腳和GND之間放置一個電阻器。當感應引腳上升到500毫伏以上時，H橋輸出被禁用（高Z）。設備將在tOCP期間自動重試。過電流跳閘閾值可使用ITRIP=500 mV/Ω計算。選擇的過電流跳閘等級不能大于IOCP。

如果不使用感測電阻，則將感測引腳直接連接到GND上；在這種情況下，通過內部FET的電流IOCP檢測仍然起作用。

應用與實施

注意

以下應用章節(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(xiàn)，以確認系統(tǒng)功能。

申請信息

DRV8816通常用于驅動有刷直流電機。

典型應用

設計要求

表5顯示了設計時要考慮的參數(shù)。

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。

功耗

DRV8816的功耗是RMS電機電流和每個輸出的FET電阻的函數(shù)（RDS（打開））。

舉例來說，環(huán)境溫度是65攝氏度。在電機電流為0.8A的情況下，以熱量形式耗散的功率將為0.8A2x 1Ω=0.64W。

DRV8816達到的溫度將取決于對空氣和PCB的熱阻。重要的是要將設備PowerPAD焊接到PCB接地層上，并在頂部和底部板層上通孔，以便將熱量散失到PCB中并降低設備溫度。在這里使用的示例中，DRV8816的有效熱阻RθJA為47°C/W，并且：

電機電流跳閘點

當引腳感應電壓超過VTRIP（0.5V）時，檢測到過電流。RSENSE電阻器的大小應能設置所需的ITRIP電平。

將ITRIP設置為2A，RSENSE=0.5V/2A=0.25Ω。

為防止誤跳閘，ITRIP必須高于正常工作電流。啟動過程中的電機電流通常比穩(wěn)態(tài)旋轉大得多，因為初始負載轉矩更高，并且沒有反電動勢會導致電機繞組上產生更高的電壓和額外的電流。

通過在DRV8816輸出端使用串聯(lián)電感器來限制啟動電流是有益的，因為這樣可以降低ITRIP，并可能降低系統(tǒng)所需的體積電容。啟動電流也可以通過增加正向驅動占空比來限制。

感測電阻選擇

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IRMS2x 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，則電阻將消耗2A2x 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(huán)境溫度范圍內有一個額定功率，以及在高環(huán)境溫度下的降額功率曲線。當一個PCB與其他發(fā)熱元件共用時，應增加余量。最好是測量最終系統(tǒng)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(jié)點和接地之間并聯(lián)使用多個標準電阻器。這樣可以分配電流和散熱。

應用曲線

電源建議

體積電容

具有合適的局部體積電容是電機驅動系統(tǒng)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(tǒng)所需的最高電流。

•電源的電容和提供電流的能力。

•電源和電機系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(wěn)定，并能快速提供大電流。

數(shù)據表通常提供建議值，但需要進行系統(tǒng)級測試以確定適當尺寸的大容量電容器。

電力主管

控制輸入nSLEEP用于在不使用DRV8816時將功耗降至最低。這使許多內部電路失效，包括內部電壓軌和電荷泵。nSLEEP被斷言為低。此輸入引腳上的邏輯高導致正常操作。當從低切換到高時，用戶應在應用PWM信號之前允許1毫秒的延遲。充油泵需要這段時間才能穩(wěn)定下來。

布局

布局指南

印刷電路板（PCB）應使用重型接地板。為了獲得最佳的電氣和熱性能，DRV8816必須直接焊接到電路板上。在DRV8816的下面是一個熱墊，它提供了一個增強散熱的路徑。熱焊盤應直接焊接到PCB的外露表面上。熱通孔用于將熱量傳遞到PCB的其他層。

負載電源引腳VBB應與電解電容器（通常為100μF）并聯(lián)，并與盡可能靠近裝置的陶瓷電容器并聯(lián)。VCP和VBB之間、連接到VREG的陶瓷電容器以及CP1和CP2之間的陶瓷電容器應盡可能靠近器件的引腳，以減小引線電感。

式中

•PTOT是總功耗。

•RDS（ON）是HS加LS FET的電阻。

•IOUT（RMS）是施加到每個繞組的RMS輸出電流。

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。

IOUT（RMS）約等于0.7×滿標度輸出電流設置。

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，因此當設備加熱時，功耗也會增加。

接地

地面電源飛機應盡可能靠近DRV8816。銅接地層直接在熱墊下面，位置很好。然后可以將此襯墊連接到接地上。

布局示例

熱保護

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(huán)境溫度過高。

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