DRV8870 直流電機驅(qū)動器詳細介紹

一、概述

DRV8870 是一款由德州儀器（Texas Instruments, TI）推出的集成直流電機驅(qū)動器，專為電池供電的應(yīng)用設(shè)計。它采用了低壓控制和高效率電機驅(qū)動技術(shù)，適用于各種直流電機控制和電池驅(qū)動系統(tǒng)。DRV8870 提供了全面的保護功能，能夠有效保護電機驅(qū)動電路免受過流、過熱、欠壓等常見故障的影響。該器件支持單電源供電，能夠驅(qū)動電機的正向和反向旋轉(zhuǎn)，并且具備精確的電流控制和速度調(diào)節(jié)功能。

DRV8870 主要應(yīng)用于家電、機器人、自動化設(shè)備、便攜式工具等領(lǐng)域，特別適用于需要高效電源管理和較長電池壽命的系統(tǒng)。它的高集成度設(shè)計可以簡化外部電路的要求，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。

二、常見型號和參數(shù)

DRV8870 作為一款高效能的電機驅(qū)動芯片，具有以下一些關(guān)鍵參數(shù)：

1. 電源電壓范圍：DRV8870 支持 2.5V 至 7V 的單電源供電，適用于低電壓系統(tǒng)。

2. 輸出電流：該驅(qū)動器最大輸出電流為 3.6A（峰值），持續(xù)電流可達 1.5A，滿足大多數(shù)中小功率電機的驅(qū)動需求。

3. 內(nèi)置 H 橋電路：DRV8870 內(nèi)置一個全橋 H 橋電路，這使得它可以驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)并進行精確的速度控制。

4. PWM 控制：支持脈寬調(diào)制（PWM）輸入控制，可以精確調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速和運行狀態(tài)。

5. 過流保護：DRV8870 內(nèi)置過流保護電路，能夠在電流超過設(shè)定值時自動切斷電路，保護電機和驅(qū)動器免受損壞。

6. 過熱保護：當芯片內(nèi)部溫度過高時，系統(tǒng)將自動降低輸出功率或斷開電路，以防止過熱損壞。

7. 欠壓鎖定：當輸入電壓低于設(shè)定閾值時，DRV8870 會自動停止工作，避免因電壓不足導(dǎo)致的異常工作狀態(tài)。

8. 工作溫度范圍：-40℃ 到 125℃，可在較惡劣的環(huán)境條件下工作。

三、工作原理

DRV8870 的工作原理主要基于其內(nèi)置的 H 橋電路。H 橋電路由四個開關(guān)元件（如 MOSFET）組成，通過控制這四個開關(guān)的狀態(tài)，可以實現(xiàn)對直流電機的正向、反向控制，以及停止控制。

1. 正向旋轉(zhuǎn)：通過控制 H 橋的兩個開關(guān)，電流流向電機的一個方向，電機開始正向旋轉(zhuǎn)。

2. 反向旋轉(zhuǎn)：通過反轉(zhuǎn) H 橋的開關(guān)狀態(tài)，電流方向反向，電機開始反向旋轉(zhuǎn)。

3. 停止控制：當所有開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)時，電流無法流過電機，電機停止轉(zhuǎn)動。

在這些控制過程中，DRV8870 使用了 PWM（脈寬調(diào)制）信號來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。通過調(diào)節(jié) PWM 信號的占空比，可以控制電機的平均電壓，從而改變電機的轉(zhuǎn)速。

四、特點

1. 高集成度：DRV8870 將電機驅(qū)動所需的主要功能集成在一個芯片中，減少了外部元器件的需求，簡化了系統(tǒng)設(shè)計。

2. 高效能：采用了現(xiàn)代的 MOSFET 技術(shù)，能夠提供高效的功率轉(zhuǎn)換，減少能量損失，提升電池使用時間。

3. 多種保護功能：內(nèi)置多種保護電路，包括過流保護、過熱保護和欠壓保護，確保電機和驅(qū)動器在異常情況下能夠安全工作。

4. 低功耗設(shè)計：適合電池供電的系統(tǒng)，具有較低的靜態(tài)電流，延長電池使用時間。

5. 靈活的控制方式：支持 PWM 控制輸入，用戶可以根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)電機的速度和方向。

6. 內(nèi)置診斷功能：提供多種診斷輸出，幫助檢測和排除故障。

五、功能和應(yīng)用

1. 電機控制功能：

• 驅(qū)動直流電機：DRV8870 支持正向、反向旋轉(zhuǎn)和停止控制，適合于各種直流電機的控制。

• 精確的速度控制：通過 PWM 輸入信號控制電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)精準的速度調(diào)節(jié)。

• 電流限制功能：內(nèi)置的電流檢測電路可以幫助實現(xiàn)電流限制，保護電機免受過載損壞。

2. 自動化設(shè)備： DRV8870 被廣泛應(yīng)用于自動化設(shè)備中，尤其是在需要低電壓、低功耗的情況下，提供高效的電機驅(qū)動解決方案。它適用于各種自動化機器人、運動控制系統(tǒng)、辦公設(shè)備等領(lǐng)域。

3. 家電產(chǎn)品： 在家電產(chǎn)品中，DRV8870 也得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在小型電機驅(qū)動方面。例如，電風扇、電動剃須刀、吸塵器等產(chǎn)品中均可以找到其身影。它能提供高效且穩(wěn)定的電機驅(qū)動，同時由于其低功耗特性，能夠延長電池使用壽命。

4. 便攜式工具： DRV8870 還適用于各種便攜式電動工具的驅(qū)動，例如電動螺絲刀、電動鉆等。這些工具通常需要高效的電池管理和精確的電機控制，DRV8870 的高集成度和保護功能正好滿足了這一需求。

5. 交通工具： 在一些小型電動交通工具中，如電動滑板車、電動自行車等，DRV8870 也能發(fā)揮重要作用。它能夠驅(qū)動電動機的穩(wěn)定運行，并提供高效的電力轉(zhuǎn)換，提升整車的續(xù)航能力。

六、應(yīng)用電路設(shè)計

1. 電源設(shè)計： DRV8870 通常使用 5V 或 3.3V 電壓供電。設(shè)計時需要確保輸入電壓穩(wěn)定，并具備足夠的電流供應(yīng)能力，避免電源電壓波動導(dǎo)致的電機不正常工作。

2. PWM 控制： PWM 信號用于控制電機的速度和方向。在設(shè)計控制電路時，可以通過微控制器（如 STM32、Arduino 等）輸出 PWM 信號，控制 DRV8870 的輸入端。需要注意的是，PWM 的頻率和占空比會直接影響電機的轉(zhuǎn)速和功率輸出。

3. 保護電路設(shè)計： DRV8870 提供了多種保護功能，但在實際應(yīng)用中，設(shè)計人員仍需要考慮電池保護、電機過載保護等額外電路。例如，可以設(shè)計過流檢測電路和溫度傳感器，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時進行報警或關(guān)閉電源。

4. 散熱設(shè)計： 雖然 DRV8870 內(nèi)部具有過熱保護，但在高負載條件下，仍可能產(chǎn)生較高的熱量。因此，在設(shè)計應(yīng)用電路時，建議配備適當?shù)纳崞蛏峤Y(jié)構(gòu)，確保芯片的長期穩(wěn)定工作。

七、總結(jié)

DRV8870 是一款高效能、低功耗、功能豐富的電機驅(qū)動器。它不僅提供了多種電機控制方式，還內(nèi)置了完善的保護機制，確保電機和驅(qū)動器在各種工作條件下都能安全、穩(wěn)定地運行。其高集成度和靈活的應(yīng)用性使得它在自動化、家電、便攜式工具等多個領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。在設(shè)計和使用 DRV8870 時，合理的電源和保護電路設(shè)計將進一步提升系統(tǒng)的性能和可靠性。