基于DRV8432的直流力矩电机驱动器的设计

　　引言

　　DRV8432是TI公司推出的一款双H桥PWM电机驱动器，工作电压可以达到50V，具有四种工作模式，并内置了包括欠压、过热、过载、短路保护在内的保护电路，具有内阻小、效率高的特点[1]，十分适合低压小功率直流力矩电机的驱动。

　　1 设计过程

　　DRV8432的功能和组成可以用图1来描述。

　　DRV8432有四个PWM信号输入口，一路PWM信号就可控制一个半桥，且内置了门级控制与驱动电路;DRV8432的每个半桥可以独立控制，母线电压也可以不一样，这样就方便使用一片DRV8432来同时驱动不同电压需求的电机。DRV8432通过M1、M2、M3三个模式选择管脚来配置工作模式(如表1所示)，通过OTW和FAULT来表征故障(如表2所示)，通过OC_ADJ脚与“地”之间所接的电阻来设置过流阈值(如表3所示)。当复位信号有效时，DRV8432的驱动桥的输出为高阻状态。

　　在设计中，我们将DRV8432配置成了并联H桥CBC(Cycle-by-Cycle)限流工作模式，M3M2M1=010，按照单极性方式进行使用。这样，它的连续工作电流可以达到14A，峰值工作电流可以达到24A[1]。

　　在并行工作模式下，DRV8432内的A和B半桥形成一个并联半桥，由PWM_A控制，C和D半桥形成另一个并联半桥，由PWM_B控制，PWM_C和PWM_D接地;在CBC(Cycle-by-Cycle)限流方式下，当出现电流过流时，DRV8432会自动强行关断H桥上桥臂而打开下桥臂，使电机线圈和H桥两个下桥臂形成通路来消耗能量，待电流进入正常范围后再依照给定的PWM信号进行工作。

　　DRV8432的外围设计如图2所示，DRV8432仅需一个12V电源作为控制电源输入，OTW、FAULT、PWM_A、PWM_B、RESET_AB、RESET_CD、POW_CTRL均经光电耦合器与控制器相连，由受控于控制器的继电器来实现DRV8432的PVDD端的上电与断电。

　　2 实验验证与改进

　　(1)功率驱动输出口滤波电容选取问题

　　如果按照图2选取滤波电容(C8、C9、C12、C13)，经实验，在工作状态下用万用表测量OUT_AB端和OUT_CD端，几乎没有输出，无法驱动电机，且C8、C12、C19 、DRV8432均发热十分严重。

　　参考文献[2]给出的参考设计中，为DRV8432的功率驱动输出口配置了电感和电容组成的低通滤波器，意在增强单个电感或者电容的滤波效果[3]。但按照图2的取值将这个滤波电路(如图3所示)单独拿出来进行仿真，输入取为20kHz，占空比为50%的脉冲电压源，其结果如图4所示，滤波器输出是震荡的，与不能正常输出这一实际情况相符。

　　去掉C8和C12后，用万用表量OUT_AB和OUT_CD，显示DRV8432可以输出与电压给定命令一致的电压，能够正常驱动电机，但是C19、DRV8432仍发热明显，用示波器测量OUT_AB/OUT_CD端对地的波形，如图5所示，从图中可以看出，波形震荡，失真严重。

　　在去掉C8和C12的情况下长时间工作时，DRV8432还会偶发无输出的现象，此时进行测试，发现DRV8432的输入波形正常、电源正常、FAULT和OTW没有表征出错，但用万用表测量OUT_AB端和OUT_CD端发现没有输出，用万用表分别测量OUT_AB端和OUT_CD端对地电压时，发现两端对地电压相等，应该是DRV8432内部产生了保护。关于这个现象，文献[4]认为DRV8432在使用中要避免0%或100%占空比输入，两个PWM端都必须是脉冲输入时CBC模式才可以持续，否则H桥可能会出现一种假死状态，因此出现没有输出的现象。但我们没有对此进行验证和确认，而是继续去掉C9和C13，这时，用示波器测量出OUT_AB/OUT_CD端对地波形如图6所示，OUT_AB/OUT_CD端输出波形除有过冲外，波形是清晰的。此时，即使在长时间工作的情况下，C19和DRV8432均没有明显的温升。

　　从实验的结果看，依照参考文献[2]来配置滤波电容，DRV84332不能正常工作，为此，我们在最终的设计中将DRV8432的功率输出口上的滤波电容全部去除了。

　　(2)开机浪涌抑制问题

　　在最初的设计中，图2中的R3，D3是没有的，但这时的启动电流很大，如图7所示，电流峰值可接近40A。这种开机浪涌，无论是对供电电源还是对驱动器上的元器件来说都是不利的，必须采取措施来加以抑制。

　　抑制开机浪涌的常用方法有：在滤波电容处串入NTC热敏电阻、使用固定电阻器串入输入端来抑制启动电流、在固定电阻上并联电磁继电器或者三段双向可控硅等开关器件，当电源进入正常工作状态后再将此开关接通[5]。

　　依照电路的实际情况，我们选用了第三种方法，在继电器输出触点上并联一个电阻(R3)，为实现防反接功能，再增加一个与电阻串联的二极管(D3)，如图2所示。在使用时，利用控制器控制继电器触点延时接通，即先经电阻R3限流，对电源滤波电容C19充电一定时间后再接通触点。延迟时间按照理想电容和电流的定义进行估计(假定为恒流充电)：由Q=C×U=I×t，可得t=(C×U)÷I=(C×U)÷(U÷R)，则t=(1000×10-6F×24V)÷ (24V÷1200Ω)=1.2秒，取延时为2秒，测得的启动电流曲线如图8所示，启动电流峰值至少降低了90%。

　　3 结语

　　这款基于DRV8432的直流力矩电机驱动器成功地应用于小型转台的驱动，经使用验证，DRV8432十分适合小功率直流力矩电机驱动。由于其体积很小，外围设计简单，因此，DRV8432也不失为研制一体化电机的可选方案。

　　参考文献：

　　[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]郑军奇.EMC电磁兼容设计与测试案例分析.2版.[M]北京:电子工业出版社，2009:163-166

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

　　[5]陆红.一种抑制启动时产生瞬时浪涌电流的电路.中国,CN 201576933 U[P].2010-09-08