DRV8870 直流电机驱动器详细介绍

一、概述

DRV8870 是一款由德州仪器（Texas Instruments, TI）推出的集成直流电机驱动器，专为电池供电的应用设计。它采用了低压控制和高效率电机驱动技术，适用于各种直流电机控制和电池驱动系统。DRV8870 提供了全面的保护功能，能够有效保护电机驱动电路免受过流、过热、欠压等常见故障的影响。该器件支持单电源供电，能够驱动电机的正向和反向旋转，并且具备精确的电流控制和速度调节功能。

DRV8870 主要应用于家电、机器人、自动化设备、便携式工具等领域，特别适用于需要高效电源管理和较长电池寿命的系统。它的高集成度设计可以简化外部电路的要求，降低系统的复杂性和成本。

二、常见型号和参数

DRV8870 作为一款高效能的电机驱动芯片，具有以下一些关键参数：

1. 电源电压范围：DRV8870 支持 2.5V 至 7V 的单电源供电，适用于低电压系统。

2. 输出电流：该驱动器最大输出电流为 3.6A（峰值），持续电流可达 1.5A，满足大多数中小功率电机的驱动需求。

3. 内置 H 桥电路：DRV8870 内置一个全桥 H 桥电路，这使得它可以驱动电机的正反转并进行精确的速度控制。

4. PWM 控制：支持脉宽调制（PWM）输入控制，可以精确调节电机的转速和运行状态。

5. 过流保护：DRV8870 内置过流保护电路，能够在电流超过设定值时自动切断电路，保护电机和驱动器免受损坏。

6. 过热保护：当芯片内部温度过高时，系统将自动降低输出功率或断开电路，以防止过热损坏。

7. 欠压锁定：当输入电压低于设定阈值时，DRV8870 会自动停止工作，避免因电压不足导致的异常工作状态。

8. 工作温度范围：-40℃ 到 125℃，可在较恶劣的环境条件下工作。

三、工作原理

DRV8870 的工作原理主要基于其内置的 H 桥电路。H 桥电路由四个开关元件（如 MOSFET）组成，通过控制这四个开关的状态，可以实现对直流电机的正向、反向控制，以及停止控制。

1. 正向旋转：通过控制 H 桥的两个开关，电流流向电机的一个方向，电机开始正向旋转。

2. 反向旋转：通过反转 H 桥的开关状态，电流方向反向，电机开始反向旋转。

3. 停止控制：当所有开关处于关断状态时，电流无法流过电机，电机停止转动。

在这些控制过程中，DRV8870 使用了 PWM（脉宽调制）信号来调节电机的转速。通过调节 PWM 信号的占空比，可以控制电机的平均电压，从而改变电机的转速。

四、特点

1. 高集成度：DRV8870 将电机驱动所需的主要功能集成在一个芯片中，减少了外部元器件的需求，简化了系统设计。

2. 高效能：采用了现代的 MOSFET 技术，能够提供高效的功率转换，减少能量损失，提升电池使用时间。

3. 多种保护功能：内置多种保护电路，包括过流保护、过热保护和欠压保护，确保电机和驱动器在异常情况下能够安全工作。

4. 低功耗设计：适合电池供电的系统，具有较低的静态电流，延长电池使用时间。

5. 灵活的控制方式：支持 PWM 控制输入，用户可以根据需要灵活调节电机的速度和方向。

6. 内置诊断功能：提供多种诊断输出，帮助检测和排除故障。

五、功能和应用

1. 电机控制功能：

• 驱动直流电机：DRV8870 支持正向、反向旋转和停止控制，适合于各种直流电机的控制。

• 精确的速度控制：通过 PWM 输入信号控制电机转速，实现精准的速度调节。

• 电流限制功能：内置的电流检测电路可以帮助实现电流限制，保护电机免受过载损坏。

2. 自动化设备： DRV8870 被广泛应用于自动化设备中，尤其是在需要低电压、低功耗的情况下，提供高效的电机驱动解决方案。它适用于各种自动化机器人、运动控制系统、办公设备等领域。

3. 家电产品： 在家电产品中，DRV8870 也得到了广泛应用，尤其是在小型电机驱动方面。例如，电风扇、电动剃须刀、吸尘器等产品中均可以找到其身影。它能提供高效且稳定的电机驱动，同时由于其低功耗特性，能够延长电池使用寿命。

4. 便携式工具： DRV8870 还适用于各种便携式电动工具的驱动，例如电动螺丝刀、电动钻等。这些工具通常需要高效的电池管理和精确的电机控制，DRV8870 的高集成度和保护功能正好满足了这一需求。

5. 交通工具： 在一些小型电动交通工具中，如电动滑板车、电动自行车等，DRV8870 也能发挥重要作用。它能够驱动电动机的稳定运行，并提供高效的电力转换，提升整车的续航能力。

六、应用电路设计

1. 电源设计： DRV8870 通常使用 5V 或 3.3V 电压供电。设计时需要确保输入电压稳定，并具备足够的电流供应能力，避免电源电压波动导致的电机不正常工作。

2. PWM 控制： PWM 信号用于控制电机的速度和方向。在设计控制电路时，可以通过微控制器（如 STM32、Arduino 等）输出 PWM 信号，控制 DRV8870 的输入端。需要注意的是，PWM 的频率和占空比会直接影响电机的转速和功率输出。

3. 保护电路设计： DRV8870 提供了多种保护功能，但在实际应用中，设计人员仍需要考虑电池保护、电机过载保护等额外电路。例如，可以设计过流检测电路和温度传感器，在系统出现异常时进行报警或关闭电源。

4. 散热设计： 虽然 DRV8870 内部具有过热保护，但在高负载条件下，仍可能产生较高的热量。因此，在设计应用电路时，建议配备适当的散热片或散热结构，确保芯片的长期稳定工作。

七、总结

DRV8870 是一款高效能、低功耗、功能丰富的电机驱动器。它不仅提供了多种电机控制方式，还内置了完善的保护机制，确保电机和驱动器在各种工作条件下都能安全、稳定地运行。其高集成度和灵活的应用性使得它在自动化、家电、便携式工具等多个领域中都得到了广泛应用。在设计和使用 DRV8870 时，合理的电源和保护电路设计将进一步提升系统的性能和可靠性。