DRV8860/DRV8860A：8通道低側(cè)驅(qū)動器的技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

引言

在電子設(shè)備的驅(qū)動控制領(lǐng)域，對于多通道、高性能的低側(cè)驅(qū)動器需求日益增長。德州儀器（TI）推出的DRV8860和DRV8860A 8通道低側(cè)驅(qū)動器，以其豐富的功能和出色的性能，成為了眾多應(yīng)用場景中的理想選擇。本文將深入剖析DRV8860/DRV8860A的技術(shù)特點、工作模式、編程方法以及實際應(yīng)用中的要點，為電子工程師們提供全面的設(shè)計參考。

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產(chǎn)品概述

DRV8860是一款集成了過流保護和開路/短路檢測功能的8通道低側(cè)驅(qū)動器。它內(nèi)置二極管，可有效鉗位感性負(fù)載產(chǎn)生的關(guān)斷瞬變，適用于驅(qū)動單極步進電機、直流電機、繼電器、螺線管等多種負(fù)載。DRV8860A與DRV8860的主要區(qū)別在于，DRV8860A不具備開路負(fù)載檢測功能。

產(chǎn)品特性亮點

1. 多通道保護與驅(qū)動能力：擁有8個帶過流保護的NMOS FET通道，集成了感性續(xù)流二極管，支持單通道最大560 mA的連續(xù)輸出電流，8通道同時開啟時，PW封裝可達(dá)200 mA，PWP封裝可達(dá)330 mA，還支持并行配置。
2. 寬電源電壓范圍：工作電源電壓范圍為8 V至38 V，能適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。
3. 數(shù)字噪聲濾波與數(shù)據(jù)回讀：具備輸入數(shù)字噪聲濾波器，可增強抗干擾能力；支持內(nèi)部數(shù)據(jù)回讀，便于實現(xiàn)可靠控制。
4. 全面的保護與診斷功能：提供過流保護（OCP）、開路負(fù)載檢測（OL，僅DRV8860）、過溫關(guān)斷（OTS）、欠壓鎖定（UVLO）等功能，還能報告各通道狀態(tài)和故障報警。

應(yīng)用場景廣泛

這款驅(qū)動器適用于多種應(yīng)用場景，如繼電器、單極步進電機、螺線管、電磁驅(qū)動器等的驅(qū)動，以及一般的低側(cè)開關(guān)應(yīng)用。此外，DRV8860A還可用于帶調(diào)光功能的LED驅(qū)動器。

產(chǎn)品詳細(xì)解析

引腳配置與功能

DRV8860/DRV8860A有PW（TSSOP）和PWP（HTSSOP）兩種封裝形式，不同引腳對應(yīng)著不同的功能。例如，VM引腳用于連接電機電源，需通過0.1 μF陶瓷電容和10 μF電解電容旁路至GND；ENABLE引腳為輸出級使能控制輸入，高電平使能輸出，低電平禁用輸出；LATCH、CLK、DIN等引腳用于實現(xiàn)串行通信，通過它們可以控制輸出驅(qū)動器、配置內(nèi)部設(shè)置寄存器和讀取各通道的故障狀態(tài)。

性能參數(shù)與特性

1. 絕對最大額定值與推薦工作條件：明確了器件在不同參數(shù)下的最大額定值，如電源電壓范圍為 -0.3 V至40 V等；同時給出了推薦的工作條件，如電機電源電壓范圍為8 V至38 V，低側(cè)驅(qū)動器電流能力最大為560 mA等。
2. 熱性能指標(biāo)：不同封裝的熱阻等指標(biāo)不同，PWP封裝通過PowerPAD? 提供了更好的散熱能力，能驅(qū)動更高的輸出電流或在略低的溫度下工作。
3. 電氣特性：包括電源電流、欠壓鎖定電壓、輸入輸出電平、FET導(dǎo)通電阻、二極管正向電壓等參數(shù)，這些參數(shù)對于電路設(shè)計和器件選型至關(guān)重要。
4. 時序要求：規(guī)定了如下降時間、過流保護去毛刺時間、開路負(fù)載檢測去毛刺時間等時序參數(shù)，以及串行接口的時序要求，確保了器件在通信過程中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

功能模塊與工作模式

1. 功能模塊：從功能框圖可以看出，它由電源、柵極驅(qū)動、保護電路、核心邏輯等多個模塊組成。各模塊協(xié)同工作，實現(xiàn)了對輸出的精確控制和對器件的全面保護。
2. 工作模式
   • 內(nèi)部寄存器控制：通過簡單的串行接口控制，包含數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器和故障寄存器三個寄存器組。數(shù)據(jù)寄存器用于控制八個輸出的狀態(tài)；控制寄存器用于調(diào)整輸出的通電時間和PWM占空比；故障寄存器用于指示各通道的故障狀態(tài)。
   • 通電和PWM控制：輸出分為通電階段和PWM階段。通電階段，通道以100%占空比開啟，持續(xù)時間由控制寄存器的C4:C1位設(shè)置；PWM斬波階段，占空比由控制寄存器的C7:C5位定義。根據(jù)控制寄存器的不同設(shè)置，可實現(xiàn)多種不同的工作情況。

編程與控制

DRV8860采用菊花鏈串行接口進行編程和控制。

1. 數(shù)據(jù)讀寫操作：數(shù)據(jù)在LATCH引腳的上升沿鎖存到寄存器中，寫操作時在CLK的上升沿將數(shù)據(jù)時鐘輸入，讀操作時在CLK的下降沿將數(shù)據(jù)時鐘輸出。通過特定的波形可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器和故障寄存器的讀寫操作。
2. 特殊命令：除了基本的輸出控制和故障狀態(tài)讀取，還提供了5種特殊命令，如寫控制寄存器命令、讀控制寄存器命令、讀數(shù)據(jù)寄存器命令、故障寄存器復(fù)位命令和PWM啟動命令。這些特殊命令通過CLK和LATCH引腳的特定波形模式來觸發(fā)，為系統(tǒng)的靈活配置和故障處理提供了強大的支持。

應(yīng)用設(shè)計要點

典型應(yīng)用電路

以一個常見的應(yīng)用電路為例，輸入電壓范圍為8 V至38 V，每通道電流可達(dá)330 mA。在設(shè)計時，需要注意VM引腳的旁路電容設(shè)置，將0.1 μF陶瓷電容和10 μF電解電容盡可能靠近VM引腳放置，以減少電源噪聲對器件的影響。

電源設(shè)計

DRV8860的電源輸入電壓范圍為8 V至38 V，除了在VM引腳附近放置0.1 μF陶瓷電容外，還需要根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的大容量電容。大容量電容的選型需要考慮電源類型、可接受的電源電壓紋波、電源布線中的寄生電感、負(fù)載類型和負(fù)載啟動電流等多種因素，以確保系統(tǒng)在不同工況下都能穩(wěn)定運行。此外，上電順序沒有特殊要求，數(shù)字輸入信號可以在VM電源施加之前存在。

布局設(shè)計

1. 布局準(zhǔn)則：VM引腳需使用低ESR陶瓷旁路電容（推薦值為0.1 μF，額定電壓為VM）旁路至GND，并將其盡可能靠近器件的VM引腳，同時用厚走線或接地平面連接到器件的GND引腳。此外，還需使用合適的大容量電容旁路VM引腳至地，并將其靠近DRV8860放置。
2. 散熱考慮：當(dāng)芯片結(jié)溫超過約150°C時，器件會進入熱關(guān)斷狀態(tài)，直到溫度降至安全水平。為了避免頻繁進入熱關(guān)斷，需要合理設(shè)計散熱方案。功率耗散主要集中在輸出FET的導(dǎo)通電阻上，可通過公式 (P{D}=R{DS(on)} × I_{O}^{2}) 計算單通道的平均功率耗散。PWP封裝通過暴露的散熱墊將熱量傳遞到PCB上的銅層，可通過增加過孔將散熱墊連接到接地平面來提高散熱效率。在沒有內(nèi)部平面的PCB上，也可以在PCB的兩側(cè)添加銅區(qū)域來散熱，并使用熱過孔將熱量在上下層之間傳遞。

總結(jié)

DRV8860/DRV8860A 8通道低側(cè)驅(qū)動器憑借其多通道驅(qū)動能力、全面的保護功能、靈活的編程控制和良好的散熱設(shè)計，為電子工程師在驅(qū)動控制領(lǐng)域提供了一個強大而可靠的解決方案。在實際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的設(shè)計需求，合理選擇封裝形式、配置寄存器參數(shù)、設(shè)計電源和布局電路，以充分發(fā)揮該器件的性能優(yōu)勢，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的驅(qū)動控制。你在使用DRV8860/DRV8860A的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。