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上一篇文章讲解了H桥驱动器的控制原理#xff0c;本文以汽车行业广泛应用的DRV8245芯片为例#xff0c;详细讲解基于集成电路的H桥驱动器芯片。
1.概述
DRV824x-Q1系列器件是德州仪器#xff08;TI#xff09;的一款专为汽车应用设计的全集成H桥驱动器…H桥驱动器芯片详解
上一篇文章讲解了H桥驱动器的控制原理本文以汽车行业广泛应用的DRV8245芯片为例详细讲解基于集成电路的H桥驱动器芯片。
1.概述
DRV824x-Q1系列器件是德州仪器TI的一款专为汽车应用设计的全集成H桥驱动器可以配置为单个全桥驱动器或两个独立的半桥驱动器采用专有的BiCMOS高功率工艺技术节点设计。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。 为了实现低静态电流提供了低功耗睡眠模式还集成了电压监测和负载诊断功能以及过流和过热保护功能。 2.应用领域
有刷直流BDC电机驱动器
车身控制模块BCM雨刮电机控制
前车门模块门锁电机控制
换档器系统;
方向盘调节模块转向泵控制
三电系统和发动机系统。 高边驱动将可控开关接在电源端设计相对复杂可以避免电流反向流动。 底边驱动将可控开关接在地端设计简单能避免电流反向流动。 3.技术细节
DRV824x-Q1系列驱动器为4.5至35V电压范围内工作的有刷直流电机能支持各种类型和负载的电机输出负载电流宽泛集成了H桥输出功率级可通过MODE功能设置不同的控制模式驱动单个双向有刷直流电机或两个单向有刷直流电机。同时设备内置了电荷泵稳压器支持高效的高侧N沟道MOSFET以100%占空比运行。 DRV824x-Q1系列设备采用单个电源输入VM可直接连接到电池或直流电压源。此外设备还提供了低功耗模式在系统需要休眠时最小化电流消耗。 引脚描述
HW变体的引脚描述 SR引脚在HW变体下使用斜率控制用于控制电压或电流信号变化的速率通过对地电阻的阻值来配置不同的模式。 DIAG引脚负载类型指示、故障反应配置的设备配置引脚通过对地电阻的阻值来配置不同的模式。
PH/IN2引脚桥模式配置输入引脚。
EN/IN1引脚桥模式配置输入引脚。
DRVOFF引脚桥高组态输入配置引脚。
VM引脚电机供电引脚需要和其他几个VM引脚一起使用保证供电能力。
OUT1/2引脚半桥输出1/2需要和其他几个OUT引脚一起使用保证供电能力 。
nSLEEP引脚sleep控制引脚拉低进入休眠拉高唤醒。
IPROPI引脚负载电流反馈引脚。
nFAULT引脚故障指示引脚当芯片发生故障时拉低引脚。
MODE引脚设备模式配置引脚通过对地电阻的阻值来配置不同的模式。
ITRIP引脚高边电流限制配置引脚通过对地电阻的阻值来配置不同的模式。 SPI变体的引脚描述
大部分引脚功能和HW变体一样增加了SPI通信的引脚MODE、DIAG、SR、ITRIP引脚的功能被SPI替代。 3.1 两种硬件接口配置
HW接口的硬件配置简单但诊断功能有限。 SPI接口的硬件配置灵活诊断功能丰富。 SPI接口的还有一种P变体没有nSLEEP引脚不支持睡眠模式。 3.2 功能模式配置
DRV824x-Q1系列设备通过EN/IN1和PH/IN2引脚支持不同的控制方案并提供了三种独立的控制模式。这些控制模式通过MODE设置来选择而MODE的设置方式取决于设备是硬件HW变体还是SPI变体对于HW的变体设置MODE引脚的对地电阻来进入不同的模式对SPI的变体通过写入寄存器来设置不同模式。 在HW变体中MODE引脚在设备初始化期间即上电后或从睡眠模式唤醒后被锁定在运行过程中无法更新。 在设备的SPI变体中只要SPI通信可用就可以通过向CONFIG3寄存器中的S_MODE位写入来更改模式设置这种更改会立即反映出来。 PH/EN模式
在该模式中两个半桥被配置为作为全桥操作。EN/IN1是PWM输入PH/IN2是方向输入。 PWM模式
在该模式中两个半桥被配置为作为全桥操作。EN/IN1在一个方向上提供PWM输入而PH/IN2在另一个方向提供PWM输入。 独立模式
在该模式中两个半桥被配置为用作两个独立的半桥。 可以通过SPI寄存器和输入引脚的逻辑操作实现对模式的组合控制。 3.3 设备功能模式
睡眠模式
睡眠SLEEP状态不适用于SPI的“P”变体在SLEEP状态下除了唤醒命令之外设备不会处理任何功能所有驱动器都处于高阻态Hi-Z内部电源轨如5V电源轨等被关闭nFAULT引脚在此状态下也被撤销断言设备可以从STANDBY状态或ACTIVE状态进入SLEEP状态取决于nSLEEP引脚被断言为低电平的时间长度HW变体需要的时间长度大于tSLEEPSPI的“S”变体需要的时间长度大于tSLEEP_SPI。 待机模式
当nSLEEP 1b1表示非睡眠状态且DRVOFF 1b0表示驱动器未关闭时设备处于此状态对于PWM模式还需要IN1/EN和IN2/PH都为1b1在此状态下设备已上电ISTANDBY驱动器处于高阻态Hi-Z且nFAULT引脚未被断言。设备已准备好根据接收到的命令过渡到ACTIVE状态或SLEEP状态。 激活模式
设备在此状态下完全功能正常驱动器由其他输入控制所有保护功能均处于完全工作状态并在nFAULT引脚上提供故障信号SPI通信可用设备只能从STANDBY状态过渡到此状态。 3.4 故障诊断功能
对HW接口的硬件DIAG引脚接不同阻值的电阻芯片在发生故障时将采取不同的恢复机制。 对SPI接口的硬件通过为寄存器写入不同的值使芯片在发生故障时采取对应的恢复机制。 保护机制
当芯片发生过流、过温待机状态下的负载短路、负载开路激活状态下的负载开路、尖峰电流VM的过压和欠压故障时会将nFAULT引脚拉至GND当设备过渡到SLEEP状态时nFAULT引脚会自动取消断言即不再指示故障状态。 对于SPI的版本每当nFAULT引脚被断言为低电平时设备会将故障记录到FAULT SUMMARY故障摘要和STATUS状态寄存器中这些寄存器只能通过以下方式清除
CLR FLT清除故障命令
通过nSLEEP引脚发送的SLEEP睡眠命令 为了在一个16位的SPI帧中获取所有有用的诊断信息以便进行周期性的软件监测可以通过以下方式实现
在ACTIVE激活状态下读取STATUS1寄存器
在STANDBY待机状态下读取STATUS2寄存器
通过读取STATUS寄存器可以唯一地识别所有可诊断的故障事件。
4.实际应用
DRV824x-Q1系列可用于多种需要半桥或H桥功率级配置的应用中常见的应用包括有刷直流电机、螺线管各种无源负载如LED、电阻元件、继电器等。 4.1 HW接口的控制应用实例
负载可根据需要做全桥双向控制板桥高边和底边控制。 4.2 SPI接口的控制应用实例
芯片的设置功能通过SPI接口来实现。 5.总结
本文详细讲解了汽车行业使用较多的一款TI的H桥驱动器芯片帮助读者了解在工程实际中H桥驱动芯片不光需要实现其基础的H桥驱动功能还需要实现电路保护、诊断、通信、低功耗的功能正是这些辅助功能才能全面的为汽车的安全行驶保驾护航。
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