DRV8829是5-A 45-V单H桥电机驱动器

特征

•单H桥PWM电机驱动器

–单刷直流电机驱动器

–1/2双极步进电机驱动器

•5-A峰值或3.5-A rms输出电流

•6.5-45-V工作电源电压范围

•简单的PH/EN控制界面

•多种衰变模式

–混合衰变

–缓慢衰变

–快速衰减

•低电流睡眠模式（10μA）

•小包装和占地面积

–28 HTSSOP（电源板）

•保护功能

–VM欠压锁定（UVLO）

–过电流保护（OCP）

–热关机（TSD）

–故障状态指示引脚（nFAULT）

应用

•自动取款机和货币处理机

•摄像机

•多功能打印机和扫描仪

•办公自动化机器

•游戏机

•工厂自动化和机器人技术

•舞台照明设备

说明

DRV8829是一个刷直流电机或1/2双极步进驱动器的工业应用。器件输出级由一个N沟道功率MOSFET H桥驱动器组成。DRV8829能够驱动高达5 A峰值电流或3.5 A rms电流（具有适当的印刷电路板接地层，用于散热，在24 V和TA=25°C下）。

PH/EN引脚提供了一个简单的控制接口。一个内部感应放大器允许可调电流控制。使用专用的nSLEEP引脚为非常低的静态电流待机提供了低功耗休眠模式。电流调节衰减模式可设置为慢衰减、快衰减或混合衰减。

提供欠压、过流、短路和过热的内部保护功能。故障状态由nFAULT引脚指示。

设备信息

（1）、有关所有可用的软件包，请参阅数据表末尾的订购附录。

简化示意图

典型特征

详细说明

概述

DRV8829是双极步进电机或单/双刷直流电机的集成电机驱动器解决方案。该器件集成了NMOS H桥和电流调节电路。DRV8829可使用8.2至45 V的电源电压供电，并能提供高达5 a峰值或3.5 a rms的输出电流。实际可操作均方根电流取决于环境温度、电源电压和PCP接地层尺寸。

一个简单的PH/EN接口可以方便地连接到控制器电路。

电流调节是高度可配置的，具有多种衰减模式的操作。衰减模式可以选择为固定的慢速、混合或快速衰减。

电流标量特性允许控制器缩放输出电流，而无需缩放模拟参考电压输入VREF。使用数字输入引脚访问DAC。这允许控制器在不需要时通过降低电流消耗来节省电力。

包括低功耗休眠模式，允许系统在不驱动电机时节省电力。

功能框图

特性描述

PWM电机驱动器

DRV8829包含一个带电流控制PWM电路的H桥电机驱动器。图3显示了电机控制电路的框图。双极步进电机显示，但驱动器也可以驱动直流电机。

有多个VM、ISEN、OUT和VREF引脚。所有类似命名的管脚必须在PCB上连接在一起。

下料时间

在H桥中启用电流后，在启用电流检测电路之前，ISEN引脚上的电压将被忽略一段固定的时间。消隐时间固定为3.75μs。消隐时间还设置了脉宽调制的最小接通时间。

复位和nSLEEP操作

当低电平驱动时，nRESET引脚复位内部逻辑。它还禁用H桥驱动程序。当nRESET处于活动状态时，将忽略所有输入。

使nSLEEP低将使设备进入低功耗睡眠状态。在这种状态下，H桥被禁用，栅极驱动电荷泵停止，V3P3OUT调节器被禁用，所有内部时钟停止。所有处于LEENSP状态的输入都将被忽略，直到返回高电平。从睡眠模式返回时，需要经过一段时间（大约1毫秒）后，电机驱动器才能完全工作。nRESET和nSLEEP的内部下拉电阻约为100 kΩ。这些信号需要被驱动到逻辑高电平以进行设备操作。

保护电路

DRV8829具有充分的保护，防止欠压、过电流和过热事件。

过流保护（OCP）

每个FET上的模拟电流限制电路通过移除栅极驱动来限制通过FET的电流。如果该模拟电流限制持续时间超过OCP时间，H桥中的所有FET将被禁用，nFAULT引脚将被驱动至低电平。设备将保持禁用状态，直到应用nRESET pin，或移除并重新应用VM。

高压侧和低压侧装置上的过电流情况；即对地短路、电源短路或电机绕组短路，都将导致过电流停机。过流保护不使用用于PWM电流控制的电流检测电路，并且与ISENSE电阻值或VREF电压无关。

热关机（TSD）

如果模具温度超过安全限值，H桥中的所有FET将被禁用，并且nFAULT引脚将被驱动到低电平。一旦模具温度下降到安全水平，操作将自动恢复。

欠压锁定（UVLO）

如果在任何时候VM引脚上的电压低于欠压锁定阈值电压，设备中的所有电路将被禁用，内部逻辑将被重置。当VM高于UVLO阈值时，操作将恢复。

电流调节

通过电机绕组的电流由固定频率的PWM电流调节或电流斩波来调节。当H桥启用时，电流通过绕组以取决于绕组的直流电压和电感的速率上升。一旦电流达到电流斩波阈值，电桥将禁用电流，直到下一个PWM周期开始。

对于步进电机，通常采用电流调节，可以通过改变电流来微步进电机。对于直流电动机，电流调节用于限制电动机的起动和失速电流。

如果不需要电流调节功能，可以通过将ISENSE引脚直接连接到地，将VREF引脚连接到V3P3来禁用。

每个电桥中的PWM斩波电流由比较器设置，比较器将连接到ISEN引脚的电流检测电阻器的电压乘以系数5与参考电压进行比较。参考电压从xVREF引脚输入，并通过5位DAC进行缩放，该DAC允许在近似正弦序列中进行0到100%的电流设置。

满标度（100%）斩波电流在方程式1中计算。

例子：如果使用0.25-Ω感测电阻器且VREFx引脚为2.5 V，则满标度（100%）斩波电流将为2.5 V/（5×0.25Ω）=2 a。

五个输入引脚（I0-I4）用于将电桥中的电流缩放为VREF输入引脚和感测电阻设置的满量程电流的百分比。I0-I4引脚的内部下拉电阻约为100 kΩ。销的功能如表1所示。

设备功能模式

桥梁控制

相位输入引脚控制流过H桥的电流方向。ENBL输入引脚在激活高电平时启用H桥输出。表2显示了逻辑。

控制输入具有大约100 kΩ的内部下拉电阻器。

衰变模式

在PWM电流斩波过程中，H桥可驱动电流通过电机绕组，直到达到PWM电流斩波阈值。这在图4中显示为案例1。显示的电流方向指示相位引脚高时的状态。

一旦达到斩波电流阈值，H桥可以在两种不同的状态下工作，快衰减或慢衰减。

在快速衰减模式下，一旦达到PWM斩波电流电平，H桥将反转状态，以允许绕组电流反向流动。当绕组电流接近零时，电桥被禁用以防止任何反向电流流动。快速衰减模式如图4所示为案例2。

在慢衰减模式下，绕组电流通过启用电桥中的两个低侧FET进行再循环。这在图4中显示为案例3。

DRV8829支持快速衰减、缓慢衰减和混合衰减模式。慢、快或混合衰变模式由衰变管脚的状态选择-逻辑低选择慢衰变，打开选择混合衰变操作，逻辑高设置快速衰变模式。衰变管脚的内部上拉电阻约为130 kΩ，内部下拉电阻约为80 kΩ。如果引脚保持打开或未驱动，则设置混合衰减模式。

混合衰减模式以快速衰减开始，但在固定的时间段（PWM周期的75%）切换到慢衰减模式，以便在固定的PWM周期的剩余时间内切换到慢衰减模式。

应用与实施

注意

以下应用章节中的信息不是TI组件规范的一部分，TI不保证其准确性或完整性。TI的客户负责确定组件的适用性。客户应验证和测试其设计实现，以确认系统功能。

申请信息

DRV8829用于有刷电机或步进电机控制。

典型应用

在此应用中，DRV8829将用于驱动有刷直流电机。以下设计过程可用于配置DRV8829。

设计要求

表3给出了系统设计的设计输入参数。

详细设计程序

最大电流（ITRIP）由Ix引脚、VREF模拟电压和感测电阻值（RSENSE）设定。启动有刷直流电动机时，由于没有反电动势，可能会产生大的励磁涌流。启动电流限制动作，防止电流过大。

例子：如果所需的斩波电流为3.5 A,设置RSENSE=100 mΩ,VREF必须是1.75伏。

从V3P3OUT（3.3 V）创建一个电阻分压器，以设置VREF≈1.75 V。

设置R2=18 kΩ，设置R1=16 kΩ。

感测电阻器

为了获得最佳性能，感测电阻器必须：

•表面安装

•低电感

•额定功率足够高

•靠近电机驱动器

感测电阻器消耗的功率等于Irms2x R。例如，如果rms电机电流为2-A，并且使用100-mΩ感应电阻器，则电阻器将消耗2 A2×0.1Ω=0.4 W。随着电流水平的增大，功率迅速增加。

电阻器通常在某些环境温度范围内有一个额定功率，以及在高环境温度下的降额功率曲线。当一个PCB与其他发热元件共用时，应增加余量。最好是测量最终系统中的实际感测电阻温度，以及功率mosfet，因为它们通常是最热的元件。

由于功率电阻器比标准电阻器更大、更昂贵，因此通常在感测节点和接地之间并联使用多个标准电阻器。这样可以分配电流和散热。

应用曲线

电源建议

DRV8829设计用于在8.2 V至45 V的输入电压电源（VM）范围内工作。该设备的绝对最大额定值为47 V。额定值为VM的0.1-μF陶瓷电容器必须放置在每个VM引脚上，尽可能靠近DRV8829。此外，VM上必须包括一个大容量电容器。

整体电容尺寸

具有合适的局部体积电容是电机驱动系统设计的一个重要因素。一般来说，有更多的体积电容是有益的，但缺点是成本和物理尺寸增加。

所需的本地电容量取决于多种因素，包括：

•电机系统所需的最高电流。

•电源的电容和提供电流的能力。

•电源和电机系统之间的寄生电感量。

•可接受的电压纹波。

•使用的电机类型（有刷直流、无刷直流、步进电机）。

•电机制动方法。

电源和电机驱动系统之间的电感会限制电源电流的变化率。如果局部大容量电容太小，系统将对过大的电流需求作出响应，或者随着电压的变化而从电机中卸载。当使用足够的大容量电容时，电机电压保持稳定，并能快速提供大电流。

数据表通常提供建议值，但需要进行系统级测试以确定适当尺寸的大容量电容器。

大容量电容器的额定电压应大于工作电压，以便在电机向电源传输能量时提供裕度。

布局

布局指南

每个VM终端必须使用低ESR陶瓷旁路电容器旁路至GND，推荐值为VM额定值0.1μF。这些电容器应放置在尽可能靠近VM引脚的地方，并与设备的GND引脚有一个厚的迹线或接地平面连接。

VM引脚必须使用额定为VM的大容量电容器旁路接地。该成分可能是一种电解液。

低ESR陶瓷电容器必须放置在CP1和CP2引脚之间。TI建议VM的额定值为0.1μF。将此部件尽可能靠近销。

低ESR陶瓷电容器必须放置在VM和VCP引脚之间。TI建议16 V额定值为0.47μF。将该部件尽可能靠近销。此外，在VM和VCP之间放置1 MΩ。

使用额定电压为6.3 V的陶瓷电容器将V3P3旁路至接地。将该旁路电容器尽可能靠近引脚。

电流检测电阻器应尽可能靠近器件引脚，以尽量减少引脚和电阻器之间的痕迹电感。

布局示例

热注意事项

DRV8829具有如上所述的热关机（TSD）。如果模具温度超过约150°C，设备将被禁用，直到温度降至安全水平。

设备进入TSD的任何趋势都表明功率消耗过大、散热不足或环境温度过高。

功耗

DRV8829中的功耗主要由输出FET电阻或RDS（ON）中消耗的功率控制。

步进电机运行时的平均功耗可由方程式3粗略估计。

其中

•PTOT是总功耗

•RDS（ON）是每个FET的电阻（高压侧和低压侧）

•IOUT（RMS）是施加到每个绕组（3）的RMS输出电流

IOUT（RMS）约等于满标度输出电流设置的0.7倍。

装置中可消耗的最大功率取决于环境温度和散热量。

RDS（ON）随着温度的升高而增加，因此随着器件的加热，功耗也随之增加。在确定散热器尺寸时，必须考虑到这一点。

散热

电源板™ 包装使用一个暴露的垫子来去除设备的热量。为了正确操作，该焊盘必须与PCB上的铜热连接以散热。在具有接地板的多层PCB上，这可以通过添加多个通孔来实现，以将热垫连接到地平面。在没有内部平面的PCB上，可以在PCB的任一侧添加铜区域来散热。如果铜区在PCB的另一侧，热通孔用于在顶层和底层之间传递热量。

一般来说，提供的铜面积越多，消耗的功率就越大。