DRV8876PWPR

Product Folder Order Now Support & Community Tools & Software Technical Documents DRV8876 ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 具有集成电流检测和调节功能的 DRV8876 H 桥电机驱动器 1 特性 • 1 • • • • • • • • • • N 沟道 H 桥电机驱动器 – 可驱动一个双向刷式直流电机 – 两个单向刷式直流电机 – 其他电阻和电感负载 4.5V 至 37V 工作电压范围 高输出电流能力 – DRV8876：3.5A 峰值 集成电流检测和调节 比例电流输出 (IPROPI) 可选电流调节 (IMODE) – 逐周期或固定关断时间 可选输入控制模式 (PMODE) – PH/EN 和 PWM H 桥控制模式 – 独立半桥控制模式 支持 1.8V、3.3V 和 5V 逻辑输入 超低功耗休眠模式 – 在 VVM = 24V、TJ = 25°C 时，小于 1µA 适用于低电磁干扰 (EMI) 的扩频时钟 集成式保护 特性 – 欠压锁定 (UVLO) – 电荷泵欠压 (CPUV) – 过流保护 (OCP) – 热关断 (TSD) – 自动故障恢复 – 故障指示器引脚 (nFAULT) 3 说明 DRV887x 器件系列是灵活的电机驱动器，适用于各种 终端 方案。这些器件集成了 N 沟道 H 桥、电荷泵稳压 器、电流检测和调节、电流比例输出以及保护电路。通 过支持高侧和低侧 N 沟道 MOSFET 和 100% 占空比 支持，电荷泵可提升效率。该器件系列具有引脚对引 脚、可扩展 RDS(on) 选项，只需对设计进行极小改动即 可支持不同负载。 在启动期间和高负载事件中，集成电流检测可实现通过 驱动器调节电机电流。利用可调外部电压基准，可设置 电流限制。此外，这些器件还提供与电机负载电流成正 比的输出电流。这种特性可用于检测负载条件下的电机 堵转或变化。集成电流检测采用内部电流镜架构，无需 大功率并联电阻器，可以节省电路板面积并降低系统成 本。 提供低功耗休眠模式，可通过关断大部分内部电路实现 超低静态电流消耗。提供内部保护 特性 用于电源欠压 锁定 (UVLO)、电荷泵欠压 (CPUV)、输出过流 (OCP) 和器件过热 (TSD)。故障状态显示在 nFAULT 上。 器件信息 (1) 器件型号 封装 HTSSOP (16) 5.00mm × 4.40mm DRV8876 VQFN (16) 3.00mm × 3.00mm (1) 如需了解所有可用封装，请参阅数据表末尾的可订购产品附 录。 4.5 to 37 V DRV887x nSLEEP x Control Inputs nFAULT IPROPI RIPROPI Controller 刷式直流电机 主要和小型家用电器 扫地机器人、类人机器人和玩具机器人 打印机和扫描仪 智能仪表 ATM、点钞机和 EPOS 伺服电机和传动器 xx xxx xxx xx 简化原理图 2 应用 • • • • • • • 封装尺寸（标称值） DRV8876 x H-Bridge Motor Driver Current Sense IPROPI Protection 1 本文档旨在为方便起见，提供有关 TI 产品中文版本的信息，以确认产品的概要。 有关适用的官方英文版本的最新信息，请访问 www.ti.com，其内容始终优先。 TI 不保证翻译的准确 性和有效性。 在实际设计之前，请务必参考最新版本的英文版本。 English Data Sheet: SLVSDS7 DRV8876 ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 www.ti.com.cn 目录 1 2 3 4 5 6 特性 .......................................................................... 应用 .......................................................................... 说明 .......................................................................... 修订历史记录 ........................................................... 引脚配置和功能 ........................................................ 规格 .......................................................................... 1 1 1 2 3 4 绝对最大额定值 ......................................................... ESD 额定值 - 通信 .................................................... 建议运行条件............................................................. 热性能信息 ................................................................ 电气特性.................................................................... 典型特性.................................................................... 4 4 4 5 5 7 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 7 详细 说明.................................................................. 9 7.1 7.2 7.3 7.4 概述 ........................................................................... 9 功能方框图 ................................................................ 9 功能 说明................................................................. 10 器件功能模式........................................................... 16 8 应用和实现 ............................................................. 18 8.1 应用信息.................................................................. 18 8.2 典型应用.................................................................. 18 9 电源建议................................................................. 27 9.1 大容量电容 .............................................................. 27 10 布局 ....................................................................... 28 10.1 布局指南................................................................ 28 10.2 布局示例................................................................ 28 11 器件和文档支持 ..................................................... 30 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 文档支持................................................................ 接收文档更新通知 ................................................. 社区资源................................................................ 商标 ....................................................................... 静电放电警告......................................................... Glossary ................................................................ 30 30 30 30 30 30 12 机械、封装和可订购信息 ....................................... 31 4 修订历史记录 Changes from Original (October 2018) to Revision A Page • 已更改 将器件状态更改为“生产数据” ...................................................................................................................................... 1 2 Copyright © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated DRV8876 www.ti.com.cn ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 5 引脚配置和功能 GND 8 OUT2 4 7 IPROPI PGND 3 6 VREF Thermal Pad OUT1 2 12 5 nFAULT DRV8876 PWP 封装 带有外露散热焊盘的 16 引脚 HTSSOP 封装 俯视图 13 PMODE 14 EN/IN1 1 IMODE nSLEEP 15 16 PH/IN2 DRV8876 RGT 封装 带有外露散热焊盘的 16 引脚 VQFN 封装 俯视图 CPL EN/IN1 1 16 PMODE PH/IN2 2 15 GND nSLEEP 3 14 CPL nFAULT 4 13 CPH 12 VCP Thermal Pad 11 CPH VREF 5 10 VCP IPROPI 6 11 VM 9 VM IMODE 7 10 OUT2 OUT1 8 9 PGND 引脚功能 引脚 类型 (1) 说明 13 PWR 14 PWR 电荷泵开关节点。从 CPH 到 CPL 引脚之间连接一个 X5R 或 X7R、22nF、额定电压为 VM 的陶瓷电容器。 15 1 I GND 13 15 PWR IMODE 5 7 I 电流调节和过流保护模式。请参阅电流调节。四电平输入。 IPROPI 4 6 O 模拟电流输出与负载电流成正比。请参阅电流检测。 nFAULT 2 4 OD 故障指示灯输出。在故障状况期间下拉为低电平。连接一个外部上拉电阻器以执行开漏 操作。请参阅保护电路。 nSLEEP 1 3 I 睡眠模式输入。逻辑高电平用于启用器件。逻辑低电平用于进入低功耗睡眠模式。请参 阅器件功能模式。内部下拉电阻。 OUT1 6 8 O H 桥输出。连接到电机或其他负载。 OUT2 8 10 O H 桥输出。连接到电机或其他负载。 PGND 7 9 PWR PH/IN2 16 2 I H 桥控制输入。请参阅控制模式。内部下拉电阻。 PMODE 14 16 I H 桥控制输入模式。请参阅控制模式。三电平输入。 VCP 10 12 PWR 电荷泵输出。从 VCP 到 VM 引脚之间连接一个 X5R 或 X7R、100nF、16V 的陶瓷电容 器。 VM 9 11 PWR 4.5V 至 37V 电源输入。连接一个 0.1µF 旁路电容器至接地，并连接一个足够大且额定 电压为 VM 的大容量电容。 VREF 3 5 I PAD — — — 名称 RGT PWP CPH 11 CPL 12 EN/IN1 (1) H 桥控制输入。请参阅控制模式。内部下拉电阻。 器件接地。连接到系统接地。 器件电源接地。连接到系统接地。 外部基准电压输入至所设置的内部电流调节极限。请参阅电流调节。 散热焊盘。连接到系统接地。 PWR = 电源，I = 输入，O = 输出，NC = 无连接，OD = 开漏 Copyright © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated 3 DRV8876 ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 www.ti.com.cn 6 规格 6.1 绝对最大额定值 在工作温度范围内（除非另有说明） (1) 电源引脚电压 VM 接地引脚之间的电压差 GND、PGND 电荷泵引脚电压 CPH、VCP 电荷泵低侧引脚电压 最小值 最大值 -0.3 40 单位 V -0.3 0.3 V VVM - 0.3 VVM + 7 V CPL -0.3 VVM + 0.3 V 逻辑引脚电压 EN/IN1、IMODE、nSLEEP、PH/IN2、 PMODE -0.3 5.75 V 开漏输出引脚电压 nFAULT -0.3 5.75 V 输出引脚电压 OUT1、OUT2 -0.9 VVM + 0.9 V 输出引脚电流 OUT1、OUT2 受内部限制 受内部限制 A -0.3 5.75 V -0.3 VVM + 0.3 V 比例电流输出引脚电压 IPROPI 基准输入引脚电压 VREF -0.3 5.75 V 环境温度，TA -40 125 °C 结温，TJ -40 150 °C 贮存温度，Tstg -65 150 °C (1) 应力超出绝对最大额定值下所列的值有可能会对器件造成永久损坏。这些列出的值仅仅是极端条件下的应力额定值，这并不表示器件在这 些条件下以及在建议运行条件以外的任何其他条件下能够正常运行。在绝对最大额定值条件下长时间运行可能会影响器件可靠性。 6.2 ESD 额定值 - 通信 值 V(ESD) (1) (2) 静电放电 单位 人体放电模型 (HBM)，符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 (1) ±2000 充电器件模型 (CDM)，符合 JEDEC 规范 JESD22-C101 (2) ±500 V JEDEC 文档 JEP155 指出：500V HBM 时能够在标准 ESD 控制流程下安全生产。列为 ±2000V 的引脚实际上可能具有更高的性能。 JEDEC 文档 JEP157 指出：250V CDM 时能够在标准 ESD 控制流程下安全生产。列为 ±500V 的引脚实际上可能具有更高的性能。 6.3 建议运行条件 在工作温度范围内（除非另有说明） 最小值 VVM 电源电压 VM VIN 逻辑输入电压 fPWM VOD 标称值 最大值 单位 4.5 37 V EN/IN1、MODE、nSLEEP、PH/IN2 0 5.5 V PWM 频率 EN/IN1、PH/IN2 0 100 kHz 开漏上拉电压 nFAULT 0 5.5 IOD 开漏输出电流 nFAULT 0 5 IOUT (1) 峰值输出电流 OUT1、OUT2 0 3.5 IIPROPI 电流检测输出电流 IPROPI 0 3 VVREF 电流限制基准电压 VREF 0 3.6 V TA 工作环境温度 -40 125 °C TJ 工作结温 -40 150 °C (1) 4 V mA A mA 必须遵循功率耗散和热限值 Copyright © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated DRV8876 www.ti.com.cn ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 6.4 热性能信息 热指标 (1) DRV8876 DRV8876 RGT (VQFN) PWP (HTSSOP) 16 引脚 16 引脚 单位 RθJA 结至环境热阻 45.9 44.3 °C/W RθJC(top) 结至外壳（顶部）热阻 48.8 38.3 °C/W RθJB 结至电路板热阻 19.9 20.5 °C/W ΨJT 结至顶部特征参数 1.1 1.0 °C/W ΨJB 结至电路板特征参数 19.9 20.4 °C/W RθJC(bot) 结至外壳（底部）热阻 7.1 5.0 °C/W (1) 有关新旧热指标的更多信息，请参阅应用报告《半导体和 IC 封装热指标》。 6.5 电气特性 4.5V ≤ VVM ≤ 37V，-40°C ≤ TJ ≤ 150°C（除非另有说明） 参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 0.75 1 µA 5 µA 7 mA 电源（VCP、 、VM） ） IVMQ VM 睡眠模式电流 VVM = 24V、nSLEEP = 0V、TJ = 25°C nSLEEP = 0V IVM VM 活动模式电流 VVM = 24V、nSLEEP = 5V、 EN/IN1 = PH/IN2 = 0V tWAKE 开通时间 VVM > VUVLO、nSLEEP = 5V 至活动模 式 1 ms tSLEEP 关断时间 nSLEEP = 0V 至睡眠模式 1 ms VVCP 电荷泵稳压器电压 VCP 相对于 VM，VVM = 24V fVCP 电荷泵开关频率 3 5 V 400 kHz 逻辑电平输入（EN/IN1、 、PH/IN2、 、nSLEEP） ） VIL 输入逻辑低电压 VIH 输入逻辑高电压 VVM < 5V 0 0.7 VVM ≥ 5V 0 0.8 1.5 5.5 200 VHYS 输入滞后 IIL 输入逻辑低电流 VI = 0V IIH 输入逻辑高电流 VI = 5V 50 RPD 输入下拉电阻 至 GND 100 nSLEEP V mV 50 -5 V mV 5 µA 75 µA kΩ 三电平输入 (PMODE) VTIL 三电平输入逻辑低电压 0 VTIZ 三电平输入高阻抗电压 0.9 VTIH 三电平输入逻辑高电压 1.5 ITIL 三电平输入逻辑低电流 VI = 0V ITIZ 三电平输入高阻抗电流 VI = 1.1V ITIH 三电平输入逻辑高电流 VI = 5V 113 RTPD 三电平下拉电阻 至 GND 44 kΩ RTPU 三电平上拉电阻 至内部 5V 156 kΩ –50 1.1 0.65 V 1.2 V 5.5 -32 -5 V µA 5 µA 150 µA 四电平输入 (IMODE) VQI2 四电平输入电平 1 电压至所设置的四电平 1 0.45 V RQI2 四电平输入电平 2 电阻至 GND 至所设置的四电平 2 18.6 20 21.4 kΩ RQI3 四电平输入电平 3 电阻至 GND 至所设置的四电平 3 57.6 62 66.4 kΩ VQI4 四电平输入电平 4 电压至所设置的四电平 4 RQPD 四电平下拉电阻 至 GND RQPU 四电平上拉电阻 至内部 5V Copyright © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated 0 2.5 5.5 V 136 kΩ 68 kΩ 5 DRV8876 ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 www.ti.com.cn 电气特性 (continued) 4.5V ≤ VVM ≤ 37V，-40°C ≤ TJ ≤ 150°C（除非另有说明） 参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 开漏输出 (nFAULT) VOL 输出逻辑低电压 IOD = 5mA IOZ 输出逻辑高电流 VOD = 5V -2 0.3 V 2 µA 驱动器输出（OUT1、 、OUT2） ） RDS(on)_HS 高侧 MOSFET 导通电阻 VVM = 24V、IO = 1A、TJ = 25°C 350 420 mΩ RDS(on)_LS 低侧 MOSFET 导通电阻 VVM = 24V、IO = -1A、TJ = 25°C 350 420 mΩ VSD 体二极管正向电压 ISD = 1A 0.9 V tRISE 输出上升时间 VVM = 24V，OUTx 上升 10% 至 90% 150 ns tFALL 输出下降时间 VVM = 24V，OUTx 下降 90% 至 10% 150 ns tPD 输入至输出传播延迟 EN/IN1、PH/IN2 至 OUTx 650 ns tDEAD 输出死区时间 体二极管导通 300 ns 1000 µA/A 电流检测和调节（IPROPI、 、VREF） ） AIPROPI 电流镜比例因数 IOUT < 0.15A、 5.5V ≤ VVM ≤ 37V AERR 电流镜比例误差 –7.5 7.5 0.15A ≤ IOUT < 0.5A、 5.5V ≤ VVM ≤ 37V -5 5 0.5A ≤ IOUT ≤ 2A、5.5V ≤ VVM ≤ 37V、 -40℃ ≤ TJ < 125℃ -4 4 0.5A ≤ IOUT ≤ 2A、5.5V ≤ VVM ≤ 37V、 -125℃ ≤ TJ < 150℃ -5 5 mA % tOFF 电流调节关断时间 25 µs tDELAY 电流检测延迟时间 1.6 µs tDEG 电流调节抗尖峰脉冲时间 0.6 µs tBLK 电流调节消隐时间 1.1 µs 保护电路 VUVLO 电源欠压锁定 (UVLO) VUVLO_HYS 电源 UVLO 迟滞 tUVLO 电源欠压抗尖峰脉冲时间 VCPUV 电荷泵欠压锁定 IOCP 过流保护跳闸点 tOCP VVM 上升 4.3 4.45 4.6 VVM 下降 4.2 4.35 4.5 VCP 相对于 VM，VVCP 下降 V 100 mV 10 µs 2.25 V 5.5 A 过流保护抗尖峰脉冲时间 3 µs tRETRY 过流保护重试时间 2 ms TTSD 热关断温度 THYS 热关断滞后 6 3.5 V 160 175 20 190 °C °C 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated DRV8876 www.ti.com.cn ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 EN/IN1 or PH/IN2 tFALL tRISE ttPDt OUTx (V) ttBLKt ttOFFt ITRIP OUTx (A) tDEG VREF IPROPI (V) ttDELAYt 图 1. 时序参数图 6.6 典型特性 1.4 2 VVM = 4.5 V VVM = 13.5 V VVM = 24 V VVM = 37 V 1.2 1.6 Supply Current (µA) Supply Current (µA) 1 0.8 0.6 1.2 0.8 0.4 TJ = -40°C TJ = 25°C TJ = 85°C TJ = 125°C TJ = 150°C 0.2 0.4 0 0 5 10 15 20 25 Supply Voltage (V) 30 35 40 D001 图 2. 睡眠电流 (IVMQ) 与电源电压 (VVM) 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated 0 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Junction Temperature (°C) 120 140 160 D002 图 3. 睡眠电流 (IVMQ) 与结温 7 DRV8876 ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 www.ti.com.cn 典型特性 (接 接下页) 3.5 3.5 VVM = 4.5 V VVM = 13.5 V VVM = 24 V VVM = 37 V TJ = -40°C TJ = 25°C TJ = 85°C TJ = 125°C TJ = 150°C 3.25 Supply Current (mA) Supply Current (mA) 3.25 3 3 2.75 2.75 2.5 -40 2.5 0 5 10 15 20 25 Supply Voltage (V) 30 35 40 -20 0.7 0.7 0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 VVM = 4.5 V VVM = 13.5 V VVM = 24 V VVM = 37 V 140 160 D004 0.5 0.4 -20 0 20 40 60 80 100 Junction Temperature (°C) 120 140 VVM = 4.5 V VVM = 13.5 V VVM = 24 V VVM = 37 V 0.2 0.1 -40 160 -20 0 20 40 60 80 100 Junction Temperature (°C) D005 图 6. 低侧 RDS(on) 与结温 120 140 160 D006 图 7. 高侧 RDS(on) 与结温 1100 1100 IOUT = 0.15 A IOUT = 0.2 A IOUT = 0.5 A IOUT = 1 A IOUT = 2 A 1060 1040 1020 1000 980 960 940 1060 1040 1020 1000 980 960 940 920 920 900 -40 900 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Junction Temperature (qC) 120 140 图 8. OUT1 电流检测误差与结温 IOUT = 0.15 A IOUT = 0.2 A IOUT = 0.5 A IOUT = 1 A IOUT = 2 A 1080 AIPROPI Scaling Factor (PA/A) 1080 AIPROPI Scaling Factor (PA/A) 120 0.3 0.2 8 20 40 60 80 100 Junction Temperature (°C) 图 5. 有效电流 (IVM) 与结温 0.8 RDS(on) (:) RDS(on) (:) 图 4. 有效电流 (IVM) 与电源电压 (VVM) 0.8 0.1 -40 0 D003 160 D007 -20 0 20 40 60 80 100 Junction Temperature (qC) 120 140 160 D008 图 9. OUT2 电流检测误差与结温 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated DRV8876 www.ti.com.cn ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 7 详细 说明 7.1 概述 DRV887x 系列器件是有刷直流电机驱动器，工作电压介于 4.5V 至 37V 之间，支持广泛的输出负载电流，适用于 各种类型的电机和负载。这些器件集成了一个 H 桥输出功率级，可在采用 PMODE 引脚设置的各种控制模式下运 行。这样即可驱动单个双向有刷直流电机、两个单向有刷直流电机或其他输出负载配置。这些器件集成了一个电荷 泵稳压器，以支持更高效的高侧 N 沟道 MOSFET 和 100% 占空比运行。这些器件由可直接连接到电池或直流电源 的单一电源输入 (VM) 供电。nSLEEP 引脚提供了一种超低功耗模式，可以在系统不活动期间最大限度减少电流消 耗。 DRV887x 系列器件还能够使用低侧功率 MOSFET 上的电流镜来检测输出电流。随后，IPROPI 引脚上会发出比例 电流，使用一个外部电阻器 (RIPROPI) 可以将比例电流转换为比例电压。集成电流检测功能使 DRV887x 器件能够利 用一个关断时间固定的 PWM 斩波方案来限制输出电流，并为外部控制器提供负载信息以检测负载或失速条件的变 化。集成电流检测功能即使在关断时间慢速衰减再循环期间也会提供电流信息，而且无需使用外部电源分流电阻 器，因此它的性能要优于传统的外部分流电阻器检测。在电机运行期间，可以通过 VREF 引脚配置关断时间 PWM 电流调节电平，以根据系统的需求限制负载电流。 多种集成保护 功能 可以在发生系统故障时保护器件。这些保护功能包括欠压锁定 (UVLO)、电荷泵欠压 (CPUV)、 过流保护 (OCP) 和过热关断 (TSD)。故障情况通过 nFAULT 引脚指示。 7.2 功能方框图 VM VM 0.1 …F VCP VM Gate Driver VVCP VVCP 0.1 …F VCP Charge Pump CPH 0.022 …F HS OUT1 VDD CPL LS VDD GND Internal Regulator ISEN1 Power Digital Core nSLEEP VM Gate Driver VVCP EN/IN1 HS PH/IN2 PMODE IMODE OUT2 VDD Control Inputs LS 3-Level PGND 4-Level VVCC ISEN2 VVCC RPU VREF Fault Output + IPROPI IPROPI Clamp RIPROP 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated nFAULT ± Current Sense ISEN1 ISEN2 9 DRV8876 ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 www.ti.com.cn 7.3 功能 说明 7.3.1 外部元件 表 1 列出了为此器件推荐的外部组件。 表 1. 推荐的外部组件 组件 引脚 1 引脚 2 推荐 CVM1 VM GND 0.1µF、低 ESR 陶瓷电容器、额定电压为 VM。 CVM1 VM GND 大容量电容，额定电压为 VM。 CVCP VCP VM X5R 或 X7R、100nF、16V 陶瓷电容器 CFLY CPH CPL X5R 或 X7R、22nF、额定电压为 VM 的陶瓷电容器 RIMODE IMODE GND 请参阅电流调节。 RPMODE PMODE GND 请参阅控制模式。 RnFAULT VCC nFAULT 上拉电阻器，IOD ≤ 5mA RIPROPI IPROPI GND 请参阅电流检测。 7.3.2 控制模式 DRV887x 系列器件提供了三种模式，支持对 EN/IN1 和 PH/IN2 引脚采用不同的控制方案。通过 PMODE 引脚选 择控制模式：逻辑低电平、逻辑高电平或者设置引脚高阻抗，如表 2 中所示。通过 nSLEEP 引脚启用器件之 后，PMODE 引脚状态会锁存。通过设置 nSLEEP 引脚逻辑低电平、等待 tSLEEP 时间、更改 PMODE 引脚输入， 然后将 nSLEEP 引脚恢复为逻辑高电平以启用器件，可以更改 PMODE 的状态。 表 2. PMODE 功能 PMODE 状态 控制模式 PMODE = 逻辑低电平 PH/EN PMODE = 逻辑高电平 PWM PMODE = 高阻抗 独立半桥 VM VM 1 Reverse drive 1 Forward drive 22 Slow decay (brake) 2 Slow decay (brake) 1 OUT1 1 3 High-Z (coast) OUT2 OUT1 3 High-Z (coast) OUT2 2 2 3 3 Forward Reverse 图 10. H 桥状态 10 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated DRV8876 www.ti.com.cn ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 对于 100% 或 PWM 驱动模式，输入可接受静态或脉宽调制 (PWM) 电压信号。在应用 VM 之前，可以为器件输入 引脚供电而不会出现任何问题。默认情况下，EN/IN1 和 PH/IN2 引脚具有一个内部下拉电阻器，可确保在不存在任 何输入时提供高阻抗输出。 下面几节提供了每种控制模式的真值表。请注意，这些表并未考虑内部电流调节功能。此外，当在半桥的高侧和低 侧 MOSFET 之间切换时，DRV887x 系列器件会自动生成死区时间。 图 10 介绍了各种 H 桥状态的命名和配置。 7.3.2.1 PH/EN 控制模式（PMODE = 逻辑低电平） 如果 PMODE 引脚在加电时处于逻辑低电平状态，器件将锁存至 PH/EN 模式。PH/EN 模式允许使用接口的速度和 方向类型来控制 H 桥。表 3 显示了 PH/EN 模式的真值表。 表 3. PH/EN 控制模式 说明 nSLEEP EN PH OUT1 OUT2 0 X X Hi-Z Hi-Z 1 0 X L L 制动（低侧慢速衰减） 1 1 0 L H 后退 (OUT2 → OUT1) 1 1 1 H L 前进 (OUT1 → OUT2) 睡眠（H 桥高阻抗） 7.3.2.2 PWM 控制模式（PMODE = 逻辑高电平） 如果 PMODE 引脚在加电时处于逻辑高电平状态，器件将锁存至 PWM 模式。PWM 模式允许 H 桥进入高阻抗状 态，而不会将 nSLEEP 引脚设置为逻辑低电平。表 4 显示了 PWM 模式的真值表。 表 4. PWM 控制模式 说明 nSLEEP IN1 IN2 OUT1 OUT2 0 X X Hi-Z Hi-Z 睡眠（H 桥高阻抗） 1 0 0 Hi-Z Hi-Z 滑行（H 桥高阻抗） 1 0 1 L H 后退 (OUT2 → OUT1) 1 1 0 H L 前进 (OUT1 → OUT2) 1 1 1 L L 制动（低侧慢速衰减） 7.3.2.3 独立半桥控制模式（PMODE = 高阻抗） 如果 PMODE 引脚在加电时处于高阻抗状态，器件将锁存至独立半桥控制模式。此模式允许直接控制每个半桥，以 支持高侧慢速衰减或者驱动两个独立的负载。表 5 显示了独立半桥模式的真值表。 在独立半桥控制模式下，仍然可以使用电流检测和反馈，但内部电流调节功能会被禁用，因为每个半桥都是独立运 行的。此外，如果两个低侧 MOSFET 在同时传导电流，则经过 IPROPI 调节的输出将是电流的总和。请参阅电流 检测和调节了解更多信息。 表 5. 独立半桥控制模式 说明 nSLEEP INx OUTx 0 X Hi-Z 1 0 L OUTx 低侧导通 1 1 H OUTx 高侧导通 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated 睡眠（H 桥高阻抗） 11 DRV8876 ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 www.ti.com.cn 7.3.3 电流检测和调节 DRV887x 系列器件集成了电流检测、调节和反馈。这些 功能 使得器件能够在不使用外部检测电阻器或检测电路的 情况下检测输出电流，因此减小了系统的尺寸并降低了系统的成本和复杂程度。这样，器件还能够在发生电机失速 或高扭矩事件的情况下限制输出电流，并通过电流比例输出为控制器提供关于负载电流的详细反馈。 7.3.3.1 电流检测 IPROPI 引脚会输出与流经 H 桥中的低侧功率 MOSFET 的电流成正比并经过 AIPROPI 调节的模拟电流。可以使用 公式 1 计算出 IPROPI 输出电流。 IPROPI (μA) = (ILS1 + ILS2) (A) x AIPROPI (μA/A) (1) 此电流由内部电流镜架构测得，无需使用外部功率检测电阻器。此外，电流镜架构还允许在驱动和制动低侧慢速衰 减期间检测电机绕组电流，从而在典型双向有刷直流电机 应用中连续监控电流。在滑行模式下，电流是续流电流， 无法被检测到，但可以在驱动或慢速衰减模式下短暂重新启用驱动器并在再次切换回滑行模式之前测量此电流，从 而对其进行采样。当处于独立的 PWM 模式且两个低侧 MOSFET 在同时传导电流时，IPROPI 输出将是这两个低 侧 MOSFET 电流的总和。 应将 IPROPI 引脚连接到外部电阻器 (RIPROPI) 以接地，从而利用 IIPROPI 模拟电流输出在 IPROPI 引脚上产生一个 比例电压 (VIPROPI)。这样即可使用标准模数转换器 (ADC) 将负载电流作为 RIPROPI 电阻器两端的压降进行测量。可 以根据应用中的预期负载电流调节 RIPROPI 电阻器的大小，以利用控制器 ADC 的整个量程。此外，DRV887x 器件 还采用了一个内部 IPROPI 电压钳位电路，可相对于 VREF 引脚上的 VVREF 限制 VIPROPI，并在发生输出过流或意 外高电流事件时保护外部 ADC。 可以使用公式 2 计算对应于输出电流的 IPROPI 电压。 VIPROPI (V) = IPROPI (A) x RIPROPI (Ω) (2) OUT Control Inputs VREF + ILOAD LS ± GND IPROPI Clamp Integrated Current Sense MCU ADC IPROPI + VPROPI ± IPROPI AIPROPI RIPROPI Copyright © 2017, Texas Instruments Incorporated 图 11. 集成电流检测 IPROPI 输出带宽受 DRV887x 内部电流检测电路的检测延迟时间 (tDELAY) 限制。此时间是指从低侧 MOSFET 启用 命令到 IPROPI 输出准备就绪这两个时间点之间的延迟。在 H 桥 PWM 信号中，如果器件在驱动和慢速衰减（制 动）之间交替切换，则检测电流的低侧 MOSFET 会持续导通，但检测延迟时间对 IPROPI 输出不会产生任何影 响。 7.3.3.2 电流调节 DRV887x 系列器件集成了使用固定关断时间或逐周期 PWM 电流斩波方案的电流调节功能。可以通过 IMODE 四 电平输入来选择电流斩波方案。这样，器件还能够在发生电机失速、高扭矩或其他高电流负载事件的情况下限制输 出电流。 可以让引脚浮动（高阻抗）、将引脚连接到 GND 或者在 IMODE 与 GND 之间连接一个电阻器，以设置 IMODE 电 平。通过 nSLEEP 引脚启用器件之后，IMODE 引脚状态会锁存。通过设置 nSLEEP 引脚逻辑低电平、等待 tSLEEP 时间、更改 IMODE 引脚输入，然后将 nSLEEP 引脚恢复为逻辑高电平以启用器件，可以更改 IMODE 的状态。 IMODE 输出也可以用来选择器件对过流事件的响应。有关更多详细信息，请参阅保护电路一节。 12 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated DRV8876 www.ti.com.cn ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 可以禁用内部电流调节，方法是将 IPROPI 绑定到 GND 并将 VREF 引脚电压设置为高于 GND 的值（如果不需要 电流反馈；如果需要电流反馈，则需要设置 VVREF 和 RIPROPI，以使 VIPROPI 永远不会达到 VVREF 阈值。在独立半桥 控制模式下（PMODE = 高阻抗），内部电流调节功能会自动禁用，因为输出是独立运行的，电流检测和调节由两 个半桥分摊。 表 6. IMODE 功能 IMODE 功能 IMODE 状态 电流斩波模式 过流 响应 nFAULT 响应 四电平 1 RIMODE = GND 固定关断时间 自动重试 仅过流 四电平 2 RIMODE = 20kΩ 至 GND 逐周期 自动重试 电流斩波和过流 四电平 3 RIMODE = 62kΩ 至 GND 逐周期 输出锁存 电流斩波和过流 四电平 4 RIMODE = 高阻抗 固定关断时间 输出锁存 仅过流 可通过 VREF 电压 (VVREF) 与 IPROPI 输出电阻器 (RIPROPI) 设置电流斩波阈值 (ITRIP)。可通过将外部 RIPROPI 电阻 器和 VVREF 之间的压降与内部比较器进行比较来执行此操作。 ITRIP (A) x AIPROPI (μA/A) = VVREF (V) / RIPROPI (Ω) (3) 例如，如果 VVREF = 2.5V、RIPROPI = 1500Ω、AIPROPI = 1000μA/A，则 ITRIP 约为 1.67A 当超过 ITRIP 阈值时，输出将根据 IMODE 的设置进入电流斩波模式。ITRIP 比较器既具有消隐时间 (tBLK)，也具有抗 尖峰脉冲时间 (tDEG)。内部消隐时间有助于在切换输出时防止电压和电流瞬变影响电流调节。内部抗尖峰脉冲时间 可确保瞬变条件不会过早触发电流调节。 7.3.3.2.1 固定关断时间电流斩波 在固定关断时间模式下，当 IOUT 超过 ITRIP 之后，H 桥会在 tOFF 持续时间内进入制动（低侧慢速衰减）状态（两个 低侧 MOSFET 都导通）。在 tOFF 之后，除非 IOUT 仍然大于 ITRIP，否则会根据控制输入来重新启用输出。如果 IOUT 仍然大于 ITRIP，H 桥将在 tOFF 持续时间内进入另一段制动（低侧慢速衰减）期。固定关断时间模式允许在外 部控制器不介入的情况下使用简单的电流斩波方案。图 12 中显示了这种情况。固定关断时间模式支持 100% 占空 比电流调节，因为在 tOFF 持续时间结束后 H 桥会自动启用，而且不需要 EN/IN1 或 PH/IN2 引脚上的新控制输入沿 来重置输出。 ITRIP IOUT VOUT Control Input tOFF tOFF tOFF 图 12. 关断时间电流调节 7.3.3.2.2 逐周期电流斩波 在逐周期模式下，当 IOUT 超过 ITRIP 之后，H 桥会进入制动（低侧慢速衰减）状态（两个低侧 MOSFET 都导 通），直到 EN/IN1 或 PH/IN2 引脚上出现下一个控制输入沿为止。这样即可通过外部控制器来额外控制电流斩波 方案。图 13 中显示了这种情况。逐周期模式不支持 100% 占空比电流调节，因为在进入制动（低侧慢速衰减）状 态之后，需要新的控制输入沿来重置输出。 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated 13 DRV8876 ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 www.ti.com.cn ITRIP IOUT VOUT Control Input Re-enable Re-enable 图 13. 逐周期电流调节 在逐周期模式下，每当 H 桥进入内部电流斩波状态时，器件都会拉低 nFAULT 引脚电平以表明这种情况。这样即 可确定器件输出何时不同于控制输入或者负载何时达到 ITRIP 阈值。图 14 中显示了这种情况。每当器件收到下一个 控制输入沿以及将输出重置时，都会释放 nFAULT 引脚。 Control Input ITRIP IOUT Drive Decay Drive Chop Decay Drive VOUT VIPROPI nFAULT 图 14. 逐周期电流调节 当为电流斩波指示器拉低了 nFAULT 引脚电平时，不会影响器件的任何功能。nFAULT 引脚只用作指示器，器件会 继续正常工作。为了区别器件故障（请参阅保护电路一节中的概述）与电流斩波指示器，可以将 nFAULT 引脚与控 制输入进行比较。电流斩波指示器只会确定控制输入何时要求进入前进或后退状态（图 10）。如果拉低了 nFAULT 引脚电平而且控制输入要求进入高阻抗或慢速衰减状态，则表明出现了器件故障。 14 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated DRV8876 www.ti.com.cn ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 7.3.4 保护电路 DRV887x 系列器件可完全防止电源欠压、电荷泵欠压、输出过流和器件过热事件。 7.3.4.1 VM 电源欠压锁定 (UVLO) 无论何时，只要 VM 引脚上的电源电压降至欠压锁定阈值电压 (VUVLO) 以下，就会禁用 H 桥中的所有 MOSFET 并 将 nFAULT 引脚驱动为低电平。在这种情况下，电荷泵会禁用。当欠压条件消失且 VM 升至 VUVLO 阈值以上时， 将恢复正常运行。 7.3.4.2 VCP 电荷泵欠压锁定 (CPUV) 无论何时，只要 VCP 引脚上的电荷泵电压降至欠压锁定阈值电压 (VCPUV) 以下，就会禁用 H 桥中的所有 MOSFET 并将 nFAULT 引脚驱动为低电平。当欠压条件消失且 VCP 升至 VCPUV 阈值以上时，将恢复正常运行。 7.3.4.3 OUT 过流保护 (OCP) 即使发生了硬短路事件，每个 MOSFET 上的模拟电流限制电路也会限制器件输出的峰值电流。 如果输出电流超过过流阈值 IOCP 且持续时间超过 tOCP，则会禁用 H 桥中的所有 MOSFET 并将 nFAULT 引脚驱动 为低电平。可以通过 IMODE 引脚配置过流响应，如表 6 中所示。 在自动重试模式下，MOSFET 会禁用，nFAULT 引脚将在 tRETRY 的持续时间内被驱动为低电平。在 tRETRY 之 后，MOSFET 会根据 EN/IN1 和 PH/IN2 引脚的状态重新启用。如果过流条件仍然存在，则会重复此周期，否则器 件将恢复正常运行。 在锁存模式下，会一直禁用 MOSFET 并将 nFAULT 引脚驱动为低电平，直到通过 nSLEEP 引脚或通过切断 VM 电源重置器件为止。 在独立半桥控制模式（PMODE = 高阻抗）中，OCP 行为略有改动。如果检测到过流事件，将只禁用相应的半桥并 将 nFAULT 引脚驱动为低电平。另一个半桥会继续正常运行。这样，器件就可以在驱动独立的负载时管理独立的故 障事件。如果在两个半桥中都检测到过流事件，将同时禁用两个半桥并将 nFAULT 引脚驱动为低电平。在自动重试 模式下，两个半桥共享同一个过流重试计时器。如果两个半桥先后发生过流事件但 tRETRY 尚未过期，则第一个半桥 的重试计时器会重置为 tRETRY；当此重试计时器过期之后，两个半桥将再次同时启用。 7.3.4.4 热关断 (TSD) 如果裸片温度超过过热限制 TTSD，则会禁用 H 桥中的所有 MOSFET 并将 nFAULT 引脚驱动为低电平。当过热条 件消失且裸片温度降至 VTSD 阈值以下时，将恢复正常运行。 7.3.4.5 故障条件汇总 表 7. 故障条件汇总 故障 ITRIP 指示灯 VM 欠压锁定 (UVLO) VCP 欠压锁定 (CPUV) 过流 (OCP) 热关断 (TSD) 报告 H桥 恢复 CBC 模式且 IOUT > ITRIP 条件 nFAULT 有源 低侧慢速衰减 控制输入沿 VM < VUVLO nFAULT 已禁用 VM > VUVLO VCP < VCPUV nFAULT 已禁用 VCP > VCPUV IOUT > IOCP nFAULT 已禁用 tRETRY 或重置 （由 IMODE 设置） TJ > TTSD nFAULT 已禁用 TJ < TTSD - THYS 7.3.5 引脚图 7.3.5.1 逻辑电平输入 图 15 显示了逻辑电平输入引脚 EN/IN1、PH/IN2 和 nSLEEP 的输入结构。 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated 15 DRV8876 ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 www.ti.com.cn 100 k 图 15. 逻辑电平输入 7.3.5.2 三电平输入 图 16 显示了三电平输入引脚 PMODE 的输入结构。 5V 156 k + ± + 44 k ± 图 16. PMODE 三电平输入 7.3.5.3 四电平输入 图 17 显示了四电平输入引脚 IMODE 的输入结构。 + 5V 68 k ± + ± + 136 k ± 图 17. 四电平输入 7.4 器件功能模式 DRV887x 系列器件具有多种不同的运行模式，具体情况取决于系统输入。 7.4.1 活动模式 当 VM 引脚上的电源电压超过欠压阈值 VUVLO、nSLEEP 引脚处于逻辑高电平状态且 tWAKE 状态消失之后，器件将 进入活动模式。在此模式下，H 桥、电荷泵和内部逻辑将激活，器件将准备好接收输入。当器件进入活动模式之 后，将锁存输入控制模式 (PMODE) 和电流控制模式 (IMODE)。 7.4.2 低功耗睡眠模式 DRV887x 系列器件支持低功耗模式，以便在驱动器未激活时减少 VM 引脚的电流消耗。可以通过设置 nSLEEP 引 脚逻辑低电平并等待 tSLEEP 状态消失来进入此模式。在睡眠模式下，H 桥、电荷泵、内部 5V 稳压器和内部逻辑将 禁用。此器件依靠弱下拉来确保持续禁用所有内部 MOSFET。当处于低功耗睡眠模式时，此器件不会响应除 nSLEEP 以外的任何输入。 16 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated DRV8876 www.ti.com.cn ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 器件功能模式 (接 接下页) 7.4.3 故障模式 当遇到故障时，DRV887x 系列器件会进入故障模式。这样即可为器件和输出负载提供保护。故障模式下的器件行 为取决于故障状况，表 7 中提供了相关说明。当满足恢复条件时，器件会离开故障模式并重新进入活动模式。 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated 17 DRV8876 ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 www.ti.com.cn 8 应用和实现 注 以下 应用 部分中的信息不属于 TI 器件规格的范围，TI 不担保其准确性和完整性。TI 的客 户应负责确定器件是否适用于其应用。客户应验证并测试其设计，以确保系统功能。 8.1 应用信息 DRV887x 器件系列适用于多种 需要 半桥或 H 桥功率级配置的应用。常见的应用示例包括有刷直流电机、电磁阀 和传动器。此器件也可以用于驱动很多常见的无源负载，例如 LED、电阻元件、继电器等等。以下应用示例将重点 说明如何在 需要 H 桥驱动器的双向电流控制应用中和 需要 两个半桥驱动器的双单向电流控制应用中使用此器件。 8.2 典型应用 8.2.1 主要应用 在此主要应用示例中，此器件被配置为使用 H 桥配置，通过一个外部负载（例如有刷直流电机）来驱动双向电流。 H 桥极性和占空比由一个 PWM 以及从外部控制器传输到 EN/IN1 和 PH/IN2 引脚的 IO 资源控制。通过将 PMODE 引脚绑定到 GND，为 PH/EN 控制模式配置此器件。电流限制阈值 (ITRIP) 由一个外部电阻分压器根据控制逻辑电源 电压 (VCC) 生成。通过将 IMODE 引脚绑定到 GND，为固定关断时间电流调节方案配置此器件。负载电流由一个来 自控制器的 ADC 进行监控，以检测 RIPROPI 上的电压。 VCC Controller 1 PWM EN/IN1 DRV887x 16 PMODE 2 I/O VCC 15 PH/IN2 GND nSLEEP CPL 3 I/O 10 k 14 4 I/O 13 nFAULT VREF 5 ADC VREF Thermal Pad CPH 12 VM 11 IPROPI VM IMODE OUT2 OUT1 PGND 7 10 8 VCC 0.1 …F VCP 6 RIPROPI 0.022 …F 0.1 …F CBulk 9 RREF1 VREF RREF2 BDC 图 18. 典型应用原理图 8.2.1.1 设计要求 表 8. 设计参数 18 基准 设计参数 VM 电机和驱动器电源电压 示例值 24V VCC 控制器电源电压 3.3V IRMS 输出 RMS 电流 0.5A fPWM 开关频率 20kHz ITRIP 电流调节跳闸点 1A AIPROPI 电流检测比例因数 1000µA/A 版权 © 2018–2019, Texas Instruments Incorporated DRV8876 www.ti.com.cn ZHCSJR0A – OCTOBER 2018 – REVISED MAY 2019 典型应用 (接 接下页) 表 8. 设计参数 (接 接下页) 基准 设计参数 示例值 RIPROPI IPROPI 外部电阻器 2.5kΩ 2.5V VREF 电流调节基准电压 VADC 控制器 ADC 基准电压 2.5V RREF1 VREF 外部电阻器 16kΩ RREF2 VREF 外部电阻器 50kΩ TA PCB 环境温度 -20 至 85°C TJ 器件最高结温 150°C RθJA 器件结至环境热阻 35°C/W 8.2.1.2 详细设计流程 8.2.1.2.1 电流检测和调节 DRV887x 系列器件能够调节和检测输出电流。 可以通过缩放 RIPROPI 电阻器来配置电流检测反馈，以便在控制器 ADC 的动态电压范围内正确检测被降低的来自 IPROPI 的输出电流。这里显示了这种情况的一个示例。 RIPROPI