【導讀】近年來
，隨著人們健康意識的增強，亞健康
、中國老年、商(shang)旅(lv)辦(ban)公(gong)等(deng)人(ren)群(qun)的(de)擴(kuo)大(da)
，以(yi)及(ji)智(zhi)能(neng)化(hua)按(an)摩(mo)椅(yi)產(chan)品(pin)的(de)不(bu)斷(duan)更(geng)新(xin)升(sheng)級(ji)
，具(ju)有(you)良(liang)好(hao)按(an)摩(mo)保(bao)健(jian)功(gong)效(xiao)的(de)按(an)摩(mo)椅(yi)正(zheng)逐(zhu)步(bu)獲(huo)得(de)廣(guang)大(da)消(xiao)費(fei)者(zhe)的(de)認(ren)可(ke)。從(cong)電(dian)機(ji)的(de)種(zhong)類(lei)上(shang)來(lai)看(kan)，有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)因(yin)其(qi)簡(jian)單(dan)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)和(he)優(you)良(liang)的(de)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)特(te)性(xing)
，在(zai)調(tiao)速(su)領(ling)域(yu)一(yi)直(zhi)占(zhan)有(you)主(zhu)導(dao)地(di)位(wei)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)，按(an)摩(mo)椅(yi)中(zhong)的(de)驅(qu)動(dong)往(wang)往(wang)采(cai)用(yong)12/24V有刷電機，考慮到電機運轉中的瞬態電壓，往往會采用40-50V耐壓範圍的驅動芯片。

本文會著重介紹TI集成MOSFET的有刷電機驅動芯片的電流輸出級特性，以及如何增強驅動峰值電流。

有刷電機驅動芯片的電流輸出

圖表 1：DRV8840輸出級

由於在按摩椅的使用場景中，經常會遇到重載啟動或高轉矩運轉的情況，下麵先對有刷電機驅動的輸出電流部分進行分析：

有刷電機的速度由加在電機電樞兩端的電壓決定，方向由芯片內部集成的H橋來控製
，速度越快時產生的反電動勢越大。下麵公式中I為流過電機線圈的電流，U為電機兩端外加電壓，E為反電動勢，R為線圈電阻。

當電機堵轉或者剛啟動時，速度為0則反電動勢為0，此時電流最大，對應了驅動芯片帶載能力。為了避免堵轉時電流過大燒毀電機，TI的BDC驅動芯片都具有限流功能，以DRV8840（圖表 1）為例，通過在ISEN引腳上串聯一個采樣電阻
，將這個電壓與參考電壓VREF進行比較，得到限流閾值：

這個大電流會通過Rsense采(cai)樣(yang)電(dian)阻(zu)


，往(wang)往(wang)這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu)會(hui)采(cai)用(yong)毫(hao)歐(ou)級(ji)別(bie)的(de)功(gong)率(lv)電(dian)阻(zu)，占(zhan)板(ban)麵(mian)積(ji)較(jiao)大(da)。並(bing)且(qie)在(zai)按(an)摩(mo)椅(yi)的(de)一(yi)些(xie)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)中(zhong)需(xu)要(yao)采(cai)集(ji)此(ci)電(dian)流(liu)值(zhi)
，來(lai)判(pan)斷(duan)電(dian)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)扭(niu)矩(ju)
，這(zhe)時(shi)還(hai)需(xu)要(yao)一(yi)顆(ke)額(e)外(wai)的(de)運(yun)放(fang)以(yi)增(zeng)大(da)ADC的輸入阻抗，再通過ADC來實現電流采集。在傳統的有刷電機驅動應用中，這種方式最為普遍，占用的PCB板麵積也最大。

有刷電機驅動芯片新特性

在TI最新的50V耐壓的有刷電機驅動芯片中，例如DRV8256（圖表 2）
，內部采用了電流鏡的技術
，在啟動期間和高負載事件中，集成電流感測可實現通過驅動器調節電機浪湧電流。結合可調外部電壓基準Vref，可設置電流限值。

這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)無(wu)需(xu)大(da)功(gong)率(lv)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)器(qi)
，可(ke)以(yi)節(jie)省(sheng)電(dian)路(lu)板(ban)麵(mian)積(ji)並(bing)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)，但(dan)也(ye)失(shi)去(qu)了(le)預(yu)留(liu)在(zai)外(wai)的(de)電(dian)流(liu)路(lu)徑(jing)，這(zhe)樣(yang)對(dui)於(yu)一(yi)些(xie)需(xu)要(yao)采(cai)集(ji)總(zong)電(dian)流(liu)的(de)場(chang)合(he)也(ye)不(bu)適(shi)用(yong)。值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)無(wu)法(fa)在(zai)OUT1和OUT2引yin腳jiao之zhi間jian
，再zai串chuan接jie采cai樣yang電dian阻zu，這zhe個ge電dian流liu是shi雙shuang向xiang變bian化hua的de，同tong時shi對dui地di共gong模mo電dian壓ya也ye非fei常chang高gao，無wu須xu也ye沒mei必bi要yao再zai額e外wai引yin入ru一yi路lu浮fu地di的de運yun放fang和he電dian源yuan。同tong樣yang也ye不bu建jian議yi在zaiPGND引腳和地之間串接采樣電阻，這樣會破壞PGND（功率地）和GND（邏輯地）之間的電勢差，導致控製邏輯出錯。

圖表 2：DRV8256輸出級

又或者參考TI另一顆有刷電機驅動芯片DRV8251A（圖表 3），芯片內部的電流鏡將通過下管MOSFET的電流鏡像成一個電流源，縮小一個AIPROPI（uA/A）係數，通過外接在IPROPI引腳上的一個大電阻（kΩ）轉換成一個電壓值VIPROPI，再接入ADC的輸入端進行電流采集。這種比例電流鏡的方式不但省去了一個mΩ級的大個頭采樣電阻，內部電流源產生的采樣電壓專供采樣電阻，輸入阻抗足夠大，可以直接進ADC采樣端。

圖表 3：DRV8251A輸出級

並聯驅動芯片以提高帶載能力

由於TI的有刷電機驅動芯片內置MOSFET，Rds-on決定了持續電流通過時的發熱量，當溫升超過節溫限製時芯片將強製進入OTP保護，並在溫度回落或者固定時長後auto retry。當負載的電流需求超過了單顆有刷電機驅動芯片的電流峰值時

，除了了選用更大封裝，優化散熱盤layout之外，還有一種並聯驅動芯片以提高電流輸出能力的方法。

如圖表 4所示：將兩顆相同的DRV8251A輸入和輸出級並聯，電流會均分到兩顆芯片內部的H橋中，在不觸發過流保護的前提下增加了輸出端的驅動能力。

圖表 4：並聯DRV8251A提高電流輸出能力

在調整芯片限流值時有以下兩點需要注意：

●   前麵提到的芯片限流值由IPROP和Vref兩個引腳上的電壓比較決定的，一般會使用同一個3V電源軌來對Vref引腳進行供電。如果分別對兩顆芯片進行電流采樣，且采樣電阻上使用的是常見的1%精度的貼片電阻
，往往會在IPROP引腳上引入一個最高2%的誤差，這會意味著兩顆芯片的限流值不同。

●   不同芯片中H橋的MOSFET內(nei)阻(zu)並(bing)不(bu)完(wan)全(quan)一(yi)致(zhi)
，如(ru)果(guo)僅(jin)將(jiang)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)引(yin)腳(jiao)並(bing)聯(lian)，會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)流(liu)無(wu)法(fa)平(ping)均(jun)流(liu)向(xiang)兩(liang)顆(ke)芯(xin)片(pian)。疊(die)加(jia)以(yi)上(shang)兩(liang)點(dian)
，限(xian)流(liu)值(zhi)不(bu)同(tong)的(de)兩(liang)顆(ke)芯(xin)片(pian)驅(qu)動(dong)能(neng)力(li)並(bing)不(bu)是(shi)簡(jian)單(dan)的(de)相(xiang)加(jia)關(guan)係(xi)
，一(yi)顆(ke)芯(xin)片(pian)進(jin)入(ru)限(xian)流(liu)狀(zhuang)態(tai)時(shi)由(you)於(yu)負(fu)載(zai)過(guo)大(da)

，會(hui)導(dao)致(zhi)另(ling)一(yi)顆(ke)芯(xin)片(pian)也(ye)進(jin)入(ru)限(xian)流(liu)狀(zhuang)態(tai)。

一個簡單的解決方案是將兩顆芯片的Vref引腳用同一個電源軌供電
，將IPROP引腳連到同一個采樣電阻上
，這樣可以保證兩顆芯片的限流值一樣，輸出電流也呈線性關係。

作者：Sirui Zhu

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