基于DRV8432的直流力矩電機驅(qū)動器的設(shè)計

　　引言

　　DRV8432是TI公司推出的一款雙H橋PWM電機驅(qū)動器，工作電壓可以達到50V，具有四種工作模式，并內(nèi)置了包括欠壓、過熱、過載、短路保護在內(nèi)的保護電路，具有內(nèi)阻小、效率高的特點[1]，十分適合低壓小功率直流力矩電機的驅(qū)動。

　　1 設(shè)計過程

　　DRV8432的功能和組成可以用圖1來描述。

　　DRV8432有四個PWM信號輸入口，一路PWM信號就可控制一個半橋，且內(nèi)置了門級控制與驅(qū)動電路;DRV8432的每個半橋可以獨立控制，母線電壓也可以不一樣，這樣就方便使用一片DRV8432來同時驅(qū)動不同電壓需求的電機。DRV8432通過M1、M2、M3三個模式選擇管腳來配置工作模式(如表1所示)，通過OTW和FAULT來表征故障(如表2所示)，通過OC_ADJ腳與“地”之間所接的電阻來設(shè)置過流閾值(如表3所示)。當復位信號有效時，DRV8432的驅(qū)動橋的輸出為高阻狀態(tài)。

　　在設(shè)計中，我們將DRV8432配置成了并聯(lián)H橋CBC(Cycle-by-Cycle)限流工作模式，M3M2M1=010，按照單極性方式進行使用。這樣，它的連續(xù)工作電流可以達到14A，峰值工作電流可以達到24A[1]。

　　在并行工作模式下，DRV8432內(nèi)的A和B半橋形成一個并聯(lián)半橋，由PWM_A控制，C和D半橋形成另一個并聯(lián)半橋，由PWM_B控制，PWM_C和PWM_D接地;在CBC(Cycle-by-Cycle)限流方式下，當出現(xiàn)電流過流時，DRV8432會自動強行關(guān)斷H橋上橋臂而打開下橋臂，使電機線圈和H橋兩個下橋臂形成通路來消耗能量，待電流進入正常范圍后再依照給定的PWM信號進行工作。

　　DRV8432的外圍設(shè)計如圖2所示，DRV8432僅需一個12V電源作為控制電源輸入，OTW、FAULT、PWM_A、PWM_B、RESET_AB、RESET_CD、POW_CTRL均經(jīng)光電耦合器與控制器相連，由受控于控制器的繼電器來實現(xiàn)DRV8432的PVDD端的上電與斷電。

　　2 實驗驗證與改進

　　(1)功率驅(qū)動輸出口濾波電容選取問題

　　如果按照圖2選取濾波電容(C8、C9、C12、C13)，經(jīng)實驗，在工作狀態(tài)下用萬用表測量OUT_AB端和OUT_CD端，幾乎沒有輸出，無法驅(qū)動電機，且C8、C12、C19 、DRV8432均發(fā)熱十分嚴重。

　　參考文獻[2]給出的參考設(shè)計中，為DRV8432的功率驅(qū)動輸出口配置了電感和電容組成的低通濾波器，意在增強單個電感或者電容的濾波效果[3]。但按照圖2的取值將這個濾波電路(如圖3所示)單獨拿出來進行仿真，輸入取為20kHz，占空比為50%的脈沖電壓源，其結(jié)果如圖4所示，濾波器輸出是震蕩的，與不能正常輸出這一實際情況相符。

　　去掉C8和C12后，用萬用表量OUT_AB和OUT_CD，顯示DRV8432可以輸出與電壓給定命令一致的電壓，能夠正常驅(qū)動電機，但是C19、DRV8432仍發(fā)熱明顯，用示波器測量OUT_AB/OUT_CD端對地的波形，如圖5所示，從圖中可以看出，波形震蕩，失真嚴重。

　　在去掉C8和C12的情況下長時間工作時，DRV8432還會偶發(fā)無輸出的現(xiàn)象，此時進行測試，發(fā)現(xiàn)DRV8432的輸入波形正常、電源正常、FAULT和OTW沒有表征出錯，但用萬用表測量OUT_AB端和OUT_CD端發(fā)現(xiàn)沒有輸出，用萬用表分別測量OUT_AB端和OUT_CD端對地電壓時，發(fā)現(xiàn)兩端對地電壓相等，應該是DRV8432內(nèi)部產(chǎn)生了保護。關(guān)于這個現(xiàn)象，文獻[4]認為DRV8432在使用中要避免0%或100%占空比輸入，兩個PWM端都必須是脈沖輸入時CBC模式才可以持續(xù)，否則H橋可能會出現(xiàn)一種假死狀態(tài)，因此出現(xiàn)沒有輸出的現(xiàn)象。但我們沒有對此進行驗證和確認，而是繼續(xù)去掉C9和C13，這時，用示波器測量出OUT_AB/OUT_CD端對地波形如圖6所示，OUT_AB/OUT_CD端輸出波形除有過沖外，波形是清晰的。此時，即使在長時間工作的情況下，C19和DRV8432均沒有明顯的溫升。

　　從實驗的結(jié)果看，依照參考文獻[2]來配置濾波電容，DRV84332不能正常工作，為此，我們在最終的設(shè)計中將DRV8432的功率輸出口上的濾波電容全部去除了。

　　(2)開機浪涌抑制問題

　　在最初的設(shè)計中，圖2中的R3，D3是沒有的，但這時的啟動電流很大，如圖7所示，電流峰值可接近40A。這種開機浪涌，無論是對供電電源還是對驅(qū)動器上的元器件來說都是不利的，必須采取措施來加以抑制。

　　抑制開機浪涌的常用方法有：在濾波電容處串入NTC熱敏電阻、使用固定電阻器串入輸入端來抑制啟動電流、在固定電阻上并聯(lián)電磁繼電器或者三段雙向可控硅等開關(guān)器件，當電源進入正常工作狀態(tài)后再將此開關(guān)接通[5]。

　　依照電路的實際情況，我們選用了第三種方法，在繼電器輸出觸點上并聯(lián)一個電阻(R3)，為實現(xiàn)防反接功能，再增加一個與電阻串聯(lián)的二極管(D3)，如圖2所示。在使用時，利用控制器控制繼電器觸點延時接通，即先經(jīng)電阻R3限流，對電源濾波電容C19充電一定時間后再接通觸點。延遲時間按照理想電容和電流的定義進行估計(假定為恒流充電)：由Q=C×U=I×t，可得t=(C×U)÷I=(C×U)÷(U÷R)，則t=(1000×10-6F×24V)÷ (24V÷1200Ω)=1.2秒，取延時為2秒，測得的啟動電流曲線如圖8所示，啟動電流峰值至少降低了90%。

　　3 結(jié)語

　　這款基于DRV8432的直流力矩電機驅(qū)動器成功地應用于小型轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動，經(jīng)使用驗證，DRV8432十分適合小功率直流力矩電機驅(qū)動。由于其體積很小，外圍設(shè)計簡單，因此，DRV8432也不失為研制一體化電機的可選方案。

　　參考文獻：

　　[1]DRV8432/DRV8412:Dual Bridge PWM Motor Driver[R/OL].http://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv8432.pdf

　　[2]DRV8432 EVM Motor Driver Evaluation Board User’s Guide[R/OL].http://www.ti.com/lit/ug/slou291a/ slou291a.pdf

　　[3]鄭軍奇.EMC電磁兼容設(shè)計與測試案例分析.2版.[M]北京:電子工業(yè)出版社，2009:163-166

　　[4]DRV8432燒壞原因[R/OL].www.deyisupport.com/question_answer/analog/f/60/t/19887.aspx

　　[5]陸紅.一種抑制啟動時產(chǎn)生瞬時浪涌電流的電路.中國,CN 201576933 U[P].2010-09-08