汽車級(jí)3.6A有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片DRV8872-Q1：設(shè)計(jì)與應(yīng)用全解析

在汽車電子領(lǐng)域，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的性能和穩(wěn)定性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。今天我們要深入探討的是德州儀器（TI）推出的DRV8872 - Q1，一款專為汽車應(yīng)用打造的有刷直流（BDC）電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。

文件下載：drv8872-q1.pdf

一、芯片特性亮點(diǎn)

汽車級(jí)認(rèn)證

DRV8872 - Q1通過(guò)了AEC - Q100認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用。其工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，具備良好的抗靜電能力，人體模型（HBM）靜電放電等級(jí)為2級(jí)，充電器件模型（CDM）靜電放電等級(jí)為C4B。

強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)能力

作為H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)繞組或其他負(fù)載。工作電壓范圍寬，從6.8V到45V，典型的 (R_{DS(on)}) （高側(cè) + 低側(cè)）為565mΩ，可提供3.6A的峰值電流驅(qū)動(dòng)。

靈活控制與模式

采用PWM控制接口，還集成了電流調(diào)節(jié)功能，能夠有效限制電流，降低系統(tǒng)功耗和所需的電容值。具備低功耗睡眠模式，可在不工作時(shí)降低能耗。而且設(shè)有故障狀態(tài)輸出引腳（nFAULT），方便系統(tǒng)監(jiān)測(cè)故障。

小封裝大作用

采用8引腳HSOP封裝，帶有PowerPAD?，尺寸僅為4.9×6mm，節(jié)省了電路板空間。

全面保護(hù)機(jī)制

芯片集成了多種保護(hù)功能，如VM欠壓鎖定（UVLO）、過(guò)流保護(hù)（OCP）、熱關(guān)斷（TSD）、故障報(bào)告（nFAULT）以及自動(dòng)故障恢復(fù)功能，確保芯片在各種異常情況下的安全性和可靠性。

二、應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

DRV8872 - Q1在汽車信息娛樂(lè)系統(tǒng)、HUD投影儀調(diào)整、電動(dòng)換擋旋鈕、壓電喇叭驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域都有出色的應(yīng)用表現(xiàn)，為汽車的智能化和舒適性提供了有力支持。

三、芯片詳細(xì)解讀

工作原理

芯片通過(guò)兩個(gè)邏輯輸入（IN1和IN2）控制由四個(gè)N溝道MOSFET組成的H橋驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的雙向控制?？赏ㄟ^(guò)脈寬調(diào)制（PWM）控制電機(jī)速度，根據(jù)不同的電流衰減模式選擇合適的控制方式。當(dāng)兩個(gè)輸入都為低電平時(shí)，芯片進(jìn)入低功耗睡眠模式。

電流調(diào)節(jié)

基于內(nèi)部參考電壓和ISEN引腳的電壓（與電機(jī)電流成正比）實(shí)現(xiàn)集成電流調(diào)節(jié)，可通過(guò)公式 (I{TRIP }(A)=frac{V{TRIP }(V)}{R{ISEN }(Omega)}=frac{0.35( V)}{R{ISEN }(Omega)}) 計(jì)算限流值。當(dāng)達(dá)到限流值時(shí)，芯片會(huì)使兩個(gè)低側(cè)FET導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)緩慢電流衰減。

保護(hù)電路

• VM欠壓鎖定（UVLO）：當(dāng)VM引腳電壓低于閾值時(shí)，H橋中的所有FET都將被禁用，直到VM電壓上升到閾值以上才恢復(fù)工作。
• 過(guò)流保護(hù)（OCP）：如果輸出電流超過(guò)OCP閾值 (I{OCP}) 且持續(xù)時(shí)間超過(guò) (t{OCP}) ，則H橋中的所有FET將被禁用一段時(shí)間 (t_{RETRY}) ，之后根據(jù)INx引腳的狀態(tài)重新啟用H橋。
• 熱關(guān)斷（TSD）：當(dāng)芯片管芯溫度超過(guò)安全限制時(shí)，H橋中的所有FET都將被禁用，直到溫度降至安全水平后自動(dòng)恢復(fù)工作。

功能模式

• 帶電流調(diào)節(jié)的PWM模式：充分利用芯片的各項(xiàng)功能，通過(guò)設(shè)置 (I_{TRIP}) 電流來(lái)控制電機(jī)的速度和電流，通常在空閑時(shí)間使用制動(dòng)和慢衰減模式。
• 無(wú)電流調(diào)節(jié)的PWM模式：將ISEN引腳直接連接到PCB接地層，可提供高達(dá)3.6A的峰值電流，但需注意避免過(guò)流和過(guò)熱保護(hù)觸發(fā)。
• 帶電流調(diào)節(jié)的靜態(tài)輸入模式：將IN1和IN2引腳設(shè)置為高電平或低電平以實(shí)現(xiàn)100%占空比驅(qū)動(dòng)，通過(guò) (I_{TRIP}) 控制電機(jī)的電流、速度和扭矩。
• VM控制模式：在某些系統(tǒng)中，通過(guò)改變VM電壓來(lái)改變電機(jī)速度。

四、設(shè)計(jì)與應(yīng)用要點(diǎn)

典型應(yīng)用

一個(gè)典型的DRV8872 - Q1應(yīng)用電路包括電機(jī)、電源、控制器等部分。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意合理選擇電機(jī)電壓、驅(qū)動(dòng)電流和檢測(cè)電阻等參數(shù)。

電源推薦

適當(dāng)?shù)谋镜卮笕萘侩娙輰?duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。電容的選擇需要考慮電機(jī)系統(tǒng)所需的最大電流、電源的電容和供電能力、電源與電機(jī)系統(tǒng)之間的寄生電感、可接受的電壓紋波、電機(jī)類型和制動(dòng)方法等因素。

布局設(shè)計(jì)

• 大容量電容應(yīng)盡量靠近電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，以減小高電流路徑的距離，連接的金屬走線應(yīng)盡可能寬，并使用多個(gè)過(guò)孔連接PCB層，以降低電感。
• 小容量電容應(yīng)采用陶瓷電容，并靠近芯片引腳放置。
• 高電流輸出引腳應(yīng)使用寬金屬走線。
• 芯片的散熱焊盤(pán)應(yīng)焊接到PCB頂層接地平面，并使用多個(gè)過(guò)孔連接到底層大接地平面，以幫助散熱。

散熱考慮

芯片具有熱關(guān)斷（TSD）功能，當(dāng)管芯溫度超過(guò)約175°C時(shí)，芯片將被禁用，直到溫度降至滯后溫度以下。為避免芯片進(jìn)入TSD狀態(tài)，需要注意控制功率耗散、確保足夠的散熱措施和合適的環(huán)境溫度。

五、文檔與支持

德州儀器為DRV8872 - Q1提供了豐富的文檔支持，包括相關(guān)應(yīng)用報(bào)告和技術(shù)文檔。用戶可以通過(guò)ti.com網(wǎng)站注冊(cè)接收文檔更新通知，還可以在TI E2E?在線社區(qū)與其他工程師交流經(jīng)驗(yàn)、解決問(wèn)題。

DRV8872 - Q1以其出色的性能、全面的保護(hù)功能和靈活的應(yīng)用模式，為汽車電子領(lǐng)域的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的需求和系統(tǒng)要求，合理設(shè)計(jì)電路和布局，以充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢(shì)。你在使用類似芯片時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。