DRV8824-Q1：汽車步進(jìn)電機(jī)控制的理想選擇

在汽車電子領(lǐng)域，電機(jī)控制是一個(gè)至關(guān)重要的部分。今天要給大家介紹一款專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)的集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案——德州儀器（TI）的DRV8824-Q1。這款芯片在汽車的多個(gè)系統(tǒng)中都有著廣泛的應(yīng)用，下面我們就來詳細(xì)了解一下它。

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一、產(chǎn)品概述

DRV8824-Q1是一款適用于汽車應(yīng)用的集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，具有AEC-Q100認(rèn)證，能在-40°C至+125°C的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。它采用PWM微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，內(nèi)置微步進(jìn)索引器和5位繞組電流控制，可提供高達(dá)32種電流水平，最大驅(qū)動(dòng)電流在24V、25°C條件下可達(dá)1.6A，工作電源電壓范圍為8.2V至45V，采用熱增強(qiáng)型HTSSOP表面貼裝封裝。

二、產(chǎn)品特性

（一）汽車級(jí)認(rèn)證

DRV8824-Q1通過了AEC-Q100認(rèn)證，具體結(jié)果如下：

• 器件溫度等級(jí)1：-40°C至+125°C，能適應(yīng)汽車復(fù)雜的工作環(huán)境溫度變化。
• 器件HBM ESD分類等級(jí)H2，具有較好的人體靜電放電防護(hù)能力。
• 器件CDM ESD分類等級(jí)C4B，對(duì)帶電器件模型靜電放電有一定的抵抗能力。

（二）PWM微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

• 內(nèi)置微步進(jìn)索引器：無需處理器精確控制電流水平，就能實(shí)現(xiàn)高精度微步進(jìn)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。
• 五位繞組電流控制：允許高達(dá)32種電流水平，可根據(jù)不同應(yīng)用需求靈活調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
• 低MOSFET導(dǎo)通電阻：有助于降低功耗，提高效率。

（三）其他特性

• 最大驅(qū)動(dòng)電流：在24V、25°C條件下，最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)1.6A，能滿足大多數(shù)汽車步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求。
• 內(nèi)置3.3V參考輸出：可用于為VREF供電，方便了外部電路的設(shè)計(jì)。
• 寬工作電源電壓范圍：8.2V至45V的工作電源電壓范圍，增加了芯片的適用性。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

DRV8824-Q1在汽車領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，包括但不限于以下方面：

• 汽車HVAC（暖通空調(diào)）：可精確控制空調(diào)風(fēng)門的開度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的溫度調(diào)節(jié)。
• 汽車閥門：用于控制各種閥門的開啟和關(guān)閉，確保汽車系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
• 汽車信息娛樂系統(tǒng)：如控制顯示屏的升降、旋轉(zhuǎn)等。

四、技術(shù)細(xì)節(jié)

（一）功能框圖與工作原理

DRV8824-Q1包含兩個(gè)H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)微步進(jìn)索引器，用于驅(qū)動(dòng)雙極步進(jìn)電機(jī)。其功能框圖展示了各個(gè)部分的連接和工作關(guān)系。通過簡(jiǎn)單的STEP/DIR接口，可方便地與控制器電路連接。內(nèi)部索引器根據(jù)STEP信號(hào)的上升沿移動(dòng)一步，DIR信號(hào)設(shè)置步進(jìn)方向。

（二）電流調(diào)節(jié)

電機(jī)繞組中的電流通過固定頻率的PWM電流調(diào)節(jié)或電流斬波進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)H橋啟用時(shí)，電流根據(jù)繞組的直流電壓和電感以一定速率上升。一旦電流達(dá)到斬波閾值，橋路將禁用電流，直到下一個(gè)PWM周期開始。PWM斬波電流由比較器設(shè)置，比較器將連接到xISEN端子的電流檢測(cè)電阻兩端的電壓乘以5后與參考電壓進(jìn)行比較。公式如下： [I{CHOP}=frac{V{REFX}}{5 cdot R_{ISENSE}}]

（三）微步進(jìn)索引

DRV8824-Q1的內(nèi)置索引器邏輯允許多種步進(jìn)配置，通過MODE0 - MODE2端子設(shè)置步進(jìn)模式，如全步、1/2步、1/4步、1/8步、1/16步或1/32步。不同步進(jìn)模式下，繞組電流和步進(jìn)方向的關(guān)系在相關(guān)表格中有詳細(xì)說明。

（四）保護(hù)電路

• 過流保護(hù)（OCP）：每個(gè)FET上的模擬電流限制電路通過移除柵極驅(qū)動(dòng)來限制FET中的電流。如果模擬電流限制持續(xù)時(shí)間超過OCP時(shí)間，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT端子將被拉低。
• 熱關(guān)斷（TSD）：如果管芯溫度超過安全限制，H橋中的所有FET將被禁用，nFAULT端子將被拉低。當(dāng)管芯溫度降至安全水平時(shí)，操作將自動(dòng)恢復(fù)。
• 欠壓鎖定（UVLO）：如果VM端子上的電壓降至欠壓鎖定閾值電壓以下，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電壓上升到UVLO閾值以上時(shí)，操作將恢復(fù)。

（五）衰減模式

在PWM電流斬波期間，H橋驅(qū)動(dòng)電流通過電機(jī)繞組，直到達(dá)到PWM電流斬波閾值。之后，H橋可以工作在快速衰減或慢速衰減兩種模式。

• 快速衰減模式：達(dá)到PWM斬波電流水平后，H橋反轉(zhuǎn)狀態(tài)，允許繞組電流反向流動(dòng)。當(dāng)繞組電流接近零時(shí)，橋路禁用，以防止反向電流流動(dòng)。
• 慢速衰減模式：通過啟用橋路中的兩個(gè)低端FET，使繞組電流重新循環(huán)。
• 混合衰減模式：開始為快速衰減，在固定時(shí)間段（PWM周期的75%）后切換到慢速衰減模式，僅在繞組電流減小時(shí)發(fā)生。

五、應(yīng)用設(shè)計(jì)

（一）典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路展示了DRV8824-Q1與步進(jìn)電機(jī)的連接方式。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意各個(gè)引腳的連接和外部元件的選擇。例如，VMA和VMB引腳需連接到電機(jī)電源電壓，V3P3OUT引腳需通過0.47μF 6.3V陶瓷電容旁路到GND。

（二）設(shè)計(jì)步驟

1. 確定電機(jī)參數(shù)：包括電機(jī)繞組電阻、電感、全步角等。
2. 設(shè)置步進(jìn)模式：根據(jù)應(yīng)用需求，通過MODE0 - MODE2端子設(shè)置步進(jìn)模式。
3. 計(jì)算步進(jìn)頻率：根據(jù)目標(biāo)電機(jī)速度、微步進(jìn)水平和電機(jī)全步角計(jì)算步進(jìn)頻率，公式為： [f{step}=frac{v(rpm) cdot n{m}(steps) cdot 6}{theta_{step}(%/step)}]
4. 設(shè)置電流調(diào)節(jié)：確保全尺度電流滿足以下條件： [I{FS}(A){L}(Omega)+2 cdot R{DS(ON)}(Omega)+R{SENSE}(Omega)}] 同時(shí)，通過VREF模擬電壓和檢測(cè)電阻值設(shè)置全尺度電流： [I{FS}(A)=frac{VREF(V)}{5 cdot R{SENSE}(Omega)}]