DRV8308-中文数据手册-

Drv8308无刷直流电机控制器1特性•三相无刷直流电机控制器–具有可编程增益和滤波器的数字闭环速度控制•通过10至130mA可配置栅极驱动器驱动6个N沟道MOSFET•通过霍尔传感器实现换向–时序可提前/延迟–120°或180°正弦电流控制–通过单输入控制电机转速.•工作电源电压范围：8.5V至32V•灵活的配置方法–读取内部非易失性存储器–读取外部EEPROM–写入串行外设接口(SPI)•可配置的电机限流器•针对霍尔传感器的5V稳压器•低功耗待机模式•集成过流、过压和过热保护2应用•工业泵、风扇和阀门•白色家电•电动工具和草坪设备•打印机3说明DRV8308采用高级功能和一个简单的输入接口来控制传感器式无刷直流电机作为前置驱动器，它可在10mA至130mA范围内配置电流以驱动6个外部N沟道MOSFET的栅极，从而实现优异的开关特性。3个电机相位根据霍尔传感器输入进行换向。当电机达到稳定速度后，DRV8308控制器可仅使用1个霍尔传感器将传感器失配导致的抖动降至最少。霍尔信号驱动时序可提前或延迟0.1%以优化电源效率。可选180°换向模式可驱动通过电机的正弦电流，并最大限度减少可闻噪声和转矩波纹。电机峰值电流可通过调整感测电阻进行控制。DRV8308控制器实现了闭环速度控制，能够使电机在较宽的负载转矩范围内以精准的转速运转。此系统会将FG走线或霍尔传感器生成的电机速度与CLKIN引脚的基准频率相匹配。DRV8308控制器也可利用占空比命令（通过时钟或寄存器设置实现）来驱动电机开环。DRV8308具备多重保护特性，增强了系统的稳健性，例如可处理并报告过流、过压、低压和过热等故障。器件信息(1)详细描述7.1概述DRV8308使用频率和方向输入接口以及来自电机的霍尔信号控制三相无刷直流电机。用10伏VGS驱动N通道mosfet,的栅极驱动器电流可从10至130毫安进行配置。速度输入有三种模式：时钟频率、时钟占空比（脉冲宽度调制）和指定占空比的内部寄存器。在时钟频率模式下，设备的数字速度控制系统将电机速度与输入时钟频率相匹配。电机速度可以由霍尔传感器确定，也可以由FG输入信号确定，FG输入信号可以由感应磁阻的电机下方的电路板轨迹产生。速度控制系统提供极点和零频率的数字调谐和积分器增益。当正确调谐时，DRV8308可以驱动循环抖动小于0.1%的电机，并在不同负载下进行快速扭矩补偿。占空比转速模式在无速度控制的情况下开环运行。当DRV8308设备通电时，配置寄存器从其内部的一次性可编程（OTP）非易失性存储器或外部EEPROM（取决于SMODE管脚）设置。通电后，配置寄存器可以通过SPI实时设置，OTP内存可以永久写入一次。当DRV8308开始旋转电机时，它最初使用所有三个霍尔传感器相位进行交换。达到恒定速度后，LOCKn管脚被拉低，仅使用一个霍尔传感器；此功能通过消除霍尔器件放置位置和匹配度的非理想性引起的误差来减少抖动。同时，换相转换为正弦波电流驱动（如果启用），从而将噪声和转矩脉动降至最低。为了获得最佳的性能和功率效率，可以使用提前寄存器调整换向定时。多种保护电路可防止在恶劣条件下保护系统部件。实时监控电机电压和电流、栅极驱动电压和电流以及设备温度。当有一项指标出现故障时，DRV8308设备停止驱动并将FAULTn管脚拉低，以防止MOSFET损坏或电机过热。DRV8308设备封装在一个紧凑的6×6-mm、40针QFN中，引脚间距为0.5-mm，并可运行在-40°C至85°C的工业环境温度范围内。7.2功能框图7.3特征描述7.3.1霍尔比较仪提供三个比较器来处理来自霍尔传感器的原始信号，从而对电机进行整流。霍尔放大器检测差动输入的过零点，并将信息传递给数字逻辑。霍尔放大器具有迟滞特性，其检测阈值是以0为中心的范围。其定义为如图4所示：除了迟滞之外，霍尔输入还通过一个电路来消除，该电路在感测到有效过渡后20μs内忽略任何额外的霍尔过渡。这可以防止PWM噪声耦合到霍尔输入，从而导致错误的换相。如果过大的噪声仍然耦合到霍尔比较器输入端，则可能需要在霍尔比较器的+和-输入端之间以及（或）输入端和接地之间添加电容器。霍尔输入端的ESD保护，通过一个到VREG的二极管实现。由于这个二极管，霍尔输入端的电压不会超过VREG电压。由于VREG在待机模式下被禁用（启用-非激活），因此在待机模式下，霍尔输入不应由外部电压驱动。如果霍尔传感器由VREG或VSW供电，则由DRV8308设备指定；但是，如果霍尔传感器由外部供电，则应在DRV8308进入待机模式时禁用它们。此外，在启动电机之前，应先通电，否则无效的霍尔状态可能会导致电机运行延迟。7.3.2FG放大器、比较器和FG输出FG放大器和比较器提供来自外部磁阻传感器的旋转反馈。一个FG电路图如图5所示：FG放大器的输出由管脚提供，因此FG放大器的增益可以由用户设置。过滤器也可以实现电路。注意，FG信号也在内部反馈给速度控制电路。DRV8308设备使用的FG信号可以从电机下的PCB轨迹生成，也可以是来自逻辑电平转速计输入的输入，或者也可以从霍尔传感器转换（可通过寄存器FGSEL设置选择）。如果由霍尔转换产生，则产生的输出可以是三个霍尔传感器，或与霍尔U输入相同，如图6所示。通过FGSEL寄存器位选择FG工作模式。FGOUT引脚是一个开路漏极输出，需要外部上拉电阻器连接到逻辑电源。7.3.3启用、重置和时钟生成（Enable,Reset,andClockGeneration）Enable使能引脚用于启动和停止电机运行。ENABLE（启用）可编程为高电平有效或低电平有效，取决于ENPOL位的状态；如果ENPOL=0，则ENABLE为高电平有效。如果ENPOL=1，则启用引脚处于低电平有效。ENABLE的极性在操作过程中不能通过寄存器写入进行修改；它只能由OTP存储器中ENPOL位的内容控制。当ENABLE（启用）激活时，马达进入可操作状态。当ENABLE处于非激活状态时，速度控制回路复位，电机根据BRKMOD位的状态制动或滑行。电机停止旋转后（当FGOUT引脚在1s内没有发生转换时），DRV8308设备进入低功耗待机状态。在待机状态下，电机驱动电路被禁用（所有栅极驱动输出低电平，因此场效应管处于高阻抗状态），栅极驱动调节器和电荷泵被禁用，VREG调节器和VSW电源开关被禁用，所有模拟电路被置于低功率状态。设备中的数字电路仍在待机模式下工作。所有内部逻辑以三种不同的方式复位：1.当设备通电时。2.当VM降到VRESET以下时。3.当激活ENABLE时，复位引脚输入高电平。如果在ENABLE处于非活动状态时RESET高，则寄存器读取为1。如果不需要复位管脚，它可以连接到GND。在判断过程中，复位输入用10微秒计时器进行解除锁定。内部时钟发生器为DRV8308内所有设备提供时钟。主振荡器的频率为100MHz。该时钟被划分为一个标称50MHz频率，该频率对数字逻辑电路提供时钟。7.3.4换相对于三相无刷直流电动机，转子位置反馈来自安装在电动机上的霍尔效应传感器。这些传感器提供三个重叠信号，每个信号间隔60°。三个绕组根据霍尔传感器的信号依次通电，从而使电机转动。除了霍尔传感器输入外，换向还受到方向控制的影响，方向控制通过反转换向顺序来改变运动方向。换向方向由DIRPOL寄存器位和DIR输入引脚的状态控制。DIRPOL寄存器位、DIR引脚以及转向的异或逻辑关系，如下表：如果正在电机旋转时，改变指令方向，则可能导致输出电流过大。DRV8308设备支持三种换相模式：使用三个霍尔传感器的标准120°换相，使用单个霍尔传感器的120°换相和180°正弦波驱动换相。在标准120°换相中，霍尔传感器的错误定位会导致电机噪声、振动和转矩脉动。采用单霍尔传感器的120°换相（单霍尔换向）可以改善电机的转矩脉动和振动，因为它只依赖于一个霍尔边缘进行定时。180°正弦波驱动换相更加先进，它以一种向每个绕组提供接近正弦波电流的波形激励绕组。7.3.4.1标准3霍尔120°换相在标准120°换相中，电机相位通过基于所有三个霍尔传感器输入的简单组合逻辑通电。标准120°换向符合表2、图7和图8：（1）如果正输入引脚电压高于负输入引脚电压，霍尔传感器为“H”。状态1X和2X是非法的输入组合。（2）在相位由PWM信号驱动的状态下，使用异步整流，LS门被延迟（L）；使用同步整流，LS门由HS门的逆驱动。7.3.4.2单霍尔120°换相为了产生用于单霍尔换流的换流定时，使用数字定时器来产生以960×霍尔传感器频率运行的时钟。只有一个霍尔传感器输入，霍尔U，用于换相；这消除了由单个霍尔传感器的机械或电气偏移引起的任何转矩脉动。只有当寄存器BASIC=0且电机在接近恒定速度或速度锁定条件下运行时，才启用单霍尔换向。为了控制这个功能，当速度是达到恒定并且速度控制回路被锁定时，将产生一个逻辑。这个逻辑产生LOCK信号。LOCK信号也在LOCKn管脚上输出。除了在PWM输入模式下，如果速度控制回路积分器饱和（0或满标度），也会防止发出锁定信号，这表示速度控制回路未锁定。直到LOCK激活（例如，在启动、停止或施加导致电机速度迅速下降的突然负载时），使用标准120°换向。因此，需要三个霍尔传感器，不管使用哪种换相方法。换向定时器驱动一个计数器，该计数器可以用ADVANCE寄存器中编程的值进行偏移。该值允许换相相位相对于实际霍尔传感器转换发生偏移。注意，在标准120°换向中，相位提前不起作用。相位提前也有一个自动模式，其中提前值根据电机速度缩放（见自动增益和提前补偿）。120°单霍尔换向的定时与前面所示的标准120°换向基本相同。但是，转换发生的时间有很小的时间差异。7.3.4.3180°正弦波驱动换向180°正弦波驱动换向使用单个霍尔传感器生成换向定时，如120°单霍尔换向所述。此外，换向定时器的值根据一个固定模式调节输出的占空比，使通过绕组的电流近似于的正弦。换向器的输出是每个电机相位（U、V和W）的12位调制值，表示每个输出的PWM占空比调制。注意，在120°换向期间，这些值要么为0，要么设置为从MOD120寄存器导出的恒定值。使用正弦模式时，MOD120应设置为3970。在180°正弦波驱动换相过程中，换相跃迁发生在霍尔跃迁的中间。调制PWM占空比以提供正弦电流波形。换相（所示为异步整流）符合下表和图表。请注意，图中显示的是占空比，而不是PWM状态的电平。（1）如果正输入引脚电压高于负输入引脚电压，霍尔传感器为“H”。状态1X和2X是非法的输入组合。（2）在相位由PWM信号驱动的状态下，使用异步整流，LS门被延迟（L）；使用同步整流，LS门由HS门的逆驱动。7.3.5换相逻辑框图换相逻辑的框图如图12所示7.3.6换相参数许多换相参数可通过通过串行接口访问的寄存器进行编程，包括：•ADVANCE----换相相对于霍尔传感器转换提前（或延迟）8位。换相时钟的单位是1/960的霍尔期间。注意，相位超前仅适用于单霍尔换流模式。自动进相补偿模式也可以通过自动进位启用（有关详细信息，请参阅自动增益和进位补偿）。•DELAY----如果设置了，则相对于霍尔转换延迟交换；如果清除，则相对于霍尔转换提前交换。•BASIC—如果设置，换向是基本的120°3霍尔模式（在ADVANCE没有设置的）•ENSINE---ENSINE位设置后，选择180°正弦换向。BASIC位也必须是0。•HALLRST-HALLRST设置每个换相计数器复位通过的HALL_U周期数。换言之，换相计数器每N个HALL_U霍尔边缘重置一次。可用的选项有1、2、4和8。•MINSPD-设置LOCK被置位的最小HALL_U周期数。8位字段表示2.56ms/计数，最大值为652.8ms。•SPDREVS—SPDREVS用于设置，在满足MINSPD和SPEEDTH标准后，LOCK被置位所需的最小HALL_U霍尔周期数。•SPEEDTH----设置在保持LOCK设置的情况下，允许最大速度变化量，速度由HALL_U提供。此3位字段设置通过更改可编程分频器所允许的百分比变化。支持1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128、1/256和1/512的除法。这些因子分别对应于25%、12.5%、6.25%、3.13%、1.56%、0.78%、0.39%和0.20%的每转变化。•SPEED---在内部寄存器脉宽调制模式下，SPEED除以4095用于设置输入占空比。在时钟频率模式下，SPEED用于设置在锁定变低之前的自旋上升期间的开环增益。下图显示了锁参数（MINSPD、SPEEDTH和SPDREV）如何影响换向模式。7.3.7制动电机制动可由BRKPOL寄存器位和BRAKEPin启动。BRKPOL寄存器位也可对BRAKEPin的极性进行编程，BRKPOL与BRAKEPin的异或组合功能如下：当电机制动时，所有低压侧驱动器保持在接通状态，导致所有低压侧FET接通，积分器复位为0。此外，当ENABLE处于非活动状态时，也可以进行制动。此时，BRKMOD控制输出的行为。如果BRKMOD=0，则输出为3状态，导致电机滑行；如果BRKMOD=1，则所有低侧FET均打开，导致电机制动。7.3.8输出前置驱动器每个相位的输出驱动器由N沟道和P沟道MOSFET器件组成，它们被布置成CMOS缓冲器。它们被设计成直接驱动外部N通道功率mosfet的栅极。输出可以提供同步或异步整流。在异步整流中，只有高侧场效应管通过PWM信号打开和关闭；电流通过外部二极管或外部场效应管的体二极管再循环。在同步整流中，当高边被关断时，低边FET被打开。使用SYNRECT控制位启用或禁用同步校正。当设置为1时，使用同步整流。一般来说，同步整流的结果是更好的速度控制和更高的效率。每当来自PWM发生器的信号使U_PD输出高时，致使高压侧栅极驱动输出UHSG被驱动到VCP。来自换向逻辑的使能信号U_HS激活，而且电流限制（VLIMITER）不被激活，如果高压侧场效应管打开并且发生电流限制事件，高压侧场效应管将立即关闭，直到下一个脉冲宽度调制周期。当内部信号U_LS高时，或当同步激活且UHSG为低时，低压侧栅极驱动ULSG被驱动至VM。阶段V和阶段W以相同的方式运行。通过设置IDRIVE寄存器位，可以调整前置驱动器的峰值驱动电流。峰值驱动电流可设置在10至130毫安之间。调整峰值电流会改变输出转换率，这也取决于FET的输入电容和栅极电荷。当改变输出状态时，峰值电流会在短时间内（tDRIVE）被施加，以对栅极电容充电。此时间通过设置TDRIVE寄存器位来选择。可选择1、5、10或15微秒的时间。在此之后，使用弱电流源将栅极保持在所需状态。当为一个给定的外部场效应晶体管选择栅极驱动强度时，选择的电流必须足够高，以便在以全电流驱动的时间内对栅极进行完全充电和放电，或者场效应晶体管中没有过大的功率。在高侧通电期间，低侧栅极保持以低阻抗连接到低电平。这可以防止低边场效应管的栅源电容引起导通。类似地，在低侧接通期间，高侧栅极被保持以低阻抗连接到低电平。预驱动电路包括在模拟电路中强制执行死区时间，以防止高侧和低侧FET同时导通。通过设置DTIME寄存器位，可以增加额外的死区时间（在数字逻辑中）。7.3.9电流限制如果检测到低压侧检测电阻器上的电压超过VLIMITER，则电流限制电路激活。此功能将电机电流限制在小于VLIMITER/RISENSE，并降低了外部电源的要求。注意，在脉冲宽度调制信号激活一段短的闪烁时间后，立即忽略电流限制电路，以防止电流限制电路误跳闸。如果电流限制激活，高压侧FET将被禁用，直到下一个脉冲宽度调制周期开始。如果在电流限制激活时启用同步整流，则低侧FET激活，而高侧FET禁用。7.3.10升压泵由于输出级使用N通道fet，因此需要高于VM电源的栅极驱动电压来完全增强高侧fet。DRV8308设备集成了一个电荷泵电路，该电路为此产生的电压比VM电源高出约10V。电荷泵需要两个外部电容器才能工作。有关这些电容器的详细信息（值、连接等），请参阅引脚配置和功能部分中的引脚功能表。当处于待机模式（启用-停用）时，升压泵关闭。7.3.115V线性调节器提供5伏线性调节器（VREG）为内部逻辑和外部电路（如霍尔效应传感器）供电。电容器必须从VREG输出接地，即使输出不用于外部电路。推荐的电容值为0.1-μF，10-V陶瓷电容器。VREG输出设计为提供高达30毫安的输出电流，但必须考虑功耗和热条件。例如，在24v输入和20ma输出的情况下，线性调节器的功耗为19v×20ma=380mw。VREG调节器在待机模式下关闭（当启用处于非激活状态时）。7.3.12电源开关DRV8308设备中提供了一个低电流开关，可用于通过VSW引脚为霍尔传感器或其他外部电路供电。当ENABLE激活时，开关打开，将VSWpin连接到VM。当ENABLE处于非活动状态时，开关关闭（待机模式）。7.3.13保护电路DRV8308设备中包括许多保护电路。通过捕获引脚FAULTnpin（一个有效的低漏开路输出信号）的状态、以及在故障寄存器中相应的位来报告故障。请注意，故障寄存器中的位会一直保持，直到写入0、系统复位或设备电源重新上电。7.3.13.1VM欠压锁定（UVLO）如果VM电源下降，可能没有足够的电压完全打开输出fet。这种情况下的操作会导致输出FET过热。为了防止这种情况，DRV8308设备包含一个欠压锁定电路。如果VM电源电压降至欠压锁定阈值（VUVLO）以下，则激活FAULTn引脚，并禁用电机驱动器。当VM恢复到高于欠压锁定阈值的电压后，故障引脚FAULTn为高阻抗，电机驱动器的操作自动恢复。设置FAULT寄存器中的UVLO位。该位保持设置，直到再次向UVLO位写入0。通电时，UVLO置位。注意，在UVLO条件下，只要VM保持在VM重置阈值以上，寄存器读写仍然是可能的。如果VM降到VM重置阈值以下，则所有寄存器都将重置，并且寄存器读或写不起作用。7.3.13.2VM过电压（VMOV）在某些情况下，如果使用同步整流，来自机械系统的能量会被强制送回VM电源。这可能导致VM电源被机械系统中的能量提升，导致输出fet的故障，或损坏DRV8308。为了防止这种情况，DRV8308设备有过电压保护。有两个过电压阈值，可由OVTH位选择。如果VM电压超过所选过电压阈值（VMOVLO），则会识别过电压事件。注意，要保护输出FET，它们的额定电压必须大于选定的过电压阈值。如果发生过电压，则将FAULTn引脚拉低。如果启用同步整流，则将输出级强制转换为异步整流。当VM恢复到低于过电压阈值的电压后,故障引脚是高阻抗。如果在过电压事件之前启用了同步整流，则在固定的60微秒延迟之后，将重新启用同步整流。VMOV位需要在FAULT寄存器中设置的。此位保持设置，直到将0写入VMOV位。7.3.13.3电动机过电流（OCP）除限流电路外，每个场效应管上还提供过电流保护（OCP）。OCP电路设计用于保护输出fet不受非典型条件的影响，例如电机输出之间相互短路、电源短路或接地短路。OCP电路独立于电流限制电路。OCP的工作原理是在外部fet启用时监测它们的电压降。如果驱动场效应管上的电压超过VFETOCP且时间超过tOCP，则识别为OCP事件。VFETOCP可由寄存器OCPTH配置，tOCP可由寄存器OCPDEG配置。除了监测FET上的电压外，如果施加到ISEN引脚的电压超过VSENSEOCP阈值电压，则会触发OCP事件。在OCP事件中，FAULTn被拉低，马达驱动器被禁用。固定延迟5毫秒后，故障引脚被激活，电机驱动器重新启用。OCP事件发生时，FAULT寄存器中的OCP位被设置。此位保持设置，直到0写入到OCP位。7.3.13.4电荷泵故障（CPFAIL）如果高压侧电荷泵产生的电压过低，高压侧输出FET没有完全打开，导致过热。为了防止这种情况发生，DRV8308设备有一个监测电荷泵电压的电路。如果充电泵电压降到VCPFAIL以下，则FAULTn引脚被拉低，电机驱动器被禁用。当电荷泵电压恢复到高于VCPFAIL阈值的电压时，故障引脚为高阻抗，电机驱动器自动恢复工作。当电荷泵电压降到VCPFAIL以下时，将设置FAULTn寄存器中的CPFAIL位。此位保持设置，直到将0写入CPFAIL位。通电时，设置CPFAIL位。7.3.13.5充油泵短路（CPSC）为了防止DRV8308设备内部的过度功耗，一个电路监视电荷泵，并在PCB发生短路时禁用它。如果在充电泵上检测到短路，则故障引脚被拉低，电机驱动器被禁用。经过5秒的固定时间后，故障引脚为高阻抗，电机驱动器将自动恢复工作。如果短路情况仍然存在，则循环重复。当在充电泵上检测到短路时，将设置故障寄存器中的CPSC位。在将0写入CPSC位之前，该位保持设置。7.3.13.6超温（OTS）为了防止可能导致设备内部过度功耗的任何数量的故障，DRV8308设备包括过热保护。如果模具温度超过OTS阈值温度（TTSD），过热保护激活。如果发生这种情况，则FAULTnpin被拉低，设备被禁用，故障寄存器中的OTS位被设置。此OTS位保持设置，直到将0写入OTS位。如果在温度低于OTS阈值后设置RETRY位，则部件在固定延迟5秒后重新启用。如果未设置RETRY位，则部件将禁用预驱动程序，直到RESET，或直到移除电源并重新应用到设备。7.4设备功能模式7.4.1速度输入模式.DRV8308设备设计用于支持多种电机速度和结构。高达50000转/分的速度由高达16极的电机结构支撑，或者相应的低速度由更多极支撑。这转化为霍尔传感器的最高速度为6.7千赫。（一个霍尔传感器的频率可用转速×（电机极）/120计算）。电机的速度控制是通过改变应用于外部FET的占空比来实现的。DRV8308设备有三种速度控制输入方法：时钟频率模式：这是闭环速度控制，锁定FGOUT频率与CLKIN频率。时钟PWM模式：这是开环，在这里时钟的占空比调节电机的速度内部寄存器PWM模式：这是开环，其中寄存器SPEED除以4095指令输入的频率周期。上述模式的选择通过设置寄存器SPDMODE来实现。7.4.1.1时钟频率模式有关调整闭环速度控制的实用指南，请参阅DRSV8308EVM用户指南第3节。在时钟频率模式下，CLKIN时钟信号被51.2兆赫时钟消磁。处理后的信号再与FG信号（来自FG放大器、转速计输入或霍尔传感器）一起输入到速度微分器，在这里将CLKIN信号与电机的实际速度（由FG频率确定）进行比较。速度微分器输出为UP和DOWN脉冲。脱胶器和速度微分器如图17所示：速度微分器的UP和DOWN脉冲输出通过累加积分器时钟（CLK50除以INTCLK寄存器的值）的每个周期的SPDGAIN寄存器设置的值来进行积分，积分器时钟的向上或向下信号是激活的。如果UP是激活的，则该量将添加到当前积分器输出；如果DOWN输入是激活的，则该值将被减去。如果两个信号都没有激活，积分器输出保持不变。请注意，积分器输出在电机禁用或处于制动状态时以及重置时重置为0。积分器输出不在最大或最小计数时翻转。在使能激活时，积分器和滤波器复位为0。如果CLKIN引脚上没有送入信号，则不会产生向上脉冲，因此积分器保持在0，电机不被驱动。一旦电机运行，如果CLKIN上的信号停止，就会产生下脉冲，直到积分器达到0。这会主动减速电机（制动器），直到电机停止。积分器的输出应用于可编程数字滤波器。滤波器有一个极点和一个零点。磁极位置可编程为大约100至1600赫兹，并通过FILK1寄存器设置；零位置可编程为2至100赫兹，并通过FILK2寄存器设置。可通过设置BYPFILT位绕过滤波器。对于给定的极点和零频率，FILK1和FILK2计算如下：跟在滤波器后面的是一个可编程的超前补偿器，它也包含一个极点和一个零点。补偿器特性可通过COMPK1和COMPK2寄存器编程。中心频率可在20至100赫兹之间编程，相位超前补偿在0°至80°之间。可通过设置BYPCOMP位绕过补偿器。对于给定的极和零频率，COMPK1和COMPK2计算如下：滤波器和补偿器按比例调节直流增益（DCgain）的方式与环路增益（LOOPGAIN）的方式相同。直流增益（DCgain）按2×（FILK2/FILK1）和0.5×（COMPK2/COMPK1）的比例缩放。当马达停用时，数字滤波器和补偿器复位为0。积分器、滤波器和超前补偿器产生典型的开环响应，如图18所示。请注意，极点和零点的位置不受所示内容的限制。积分器对CLKIN周期和反馈进行操作，如图19所示：7.4.1.2时钟PWM和内部寄存器PWM模式在PWM输入模式中，使用50mhz时钟对PWM输入信号进行定时，以生成与输入的PWM信号的占空比相对应的12位数字。输入的PWM频率应在16～50khz之间，较高的PWM频率工作，但分辨率降低。注意，栅极驱动器的输出PWM频率与速度控制PWM输入频率无关；输出PWM频率由PWMF寄存器位选择。测量的输入占空比由MOD120寄存器的内容缩放。使用全刻度MOD120寄存器（十进制4095），输出占空比为输入占空比的2倍。要使输出占空比等于输入，应将2048十进制值写入MOD120。当设置BYPCOMP位时，引入额外的乘法因子2；如果设置BYPCOMP，则输出占空比为4×输入占空比（当MOD120为4095时）。在寄存器速度控制模式下，使用12位寄存器SPEED直接提供速度指令。在正弦换相期间，输入占空比乘以每个相位（MOD_U、MOD_V和MOD_W）的调制值，以生成确定每个相位的输出PWM占空比的12位值。注意，在120°换向中，MOD值固定在由MOD120寄存器设置的占空比上。使用寄存器PWMF，可以将PWM频率设置为25、50、100或200kHz。较低的PWM频率有助于最小化开关损耗；较高的PWM频率提供更好的控制分辨率，特别是在极高的电机转速下。PWM发生器的输出是U_-PD、V_-PD和W_-PD信号。它们包含每个阶段的占空比信息。调制和脉冲宽度调制生成如图20所示：7.4.2自动增益和提前补偿DRV8308设备提供基于电机速度自动缩放环路增益和相位提前设置的模式。这有助于提高环路稳定性和电机性能的情况下，电机必须运行在一个单一的参数设置宽速度范围。对于仅以一种速度运行的应用程序，这些功能应保持禁用状态。通过设置AUTOGAIN位启用自动增益补偿。自动增益将使用以下公式缩放系统的LOOPGAIN环路增益：通过设置AUTOADV位启用自动前进。前进设置按比例缩放，以便在零速度下，没有相位前进。随着速度的增加，使用以下方程式增加相位提前：当锁定激活时（当马达处于恒定速度时），增益和前进值都被锁定。自动增益和前进功能如图21所示：7.4.3外部EEPROM模式串行EEPROM可以连接到串行端口以加载寄存器内容。要激活外部EEPROM模式，请将SMODE引脚连接到logichigh。这使得SPI接口充当主机，并从外部EEPROM加载数据。DRV8308设备锁定SCLK下降沿上的数据。串行EEPROM应该是一个微线兼容的16位字设备，如93C46B。VREG电源可以用来为EEPROM供电。连接如图22所示：EEPROM中的数据应该从地址0开始排列，如表6所示。EEPROM数据位12到15个未使用。要在连接到DRV8308设备时对电路中的EEPROM设备进行编程，请通过驱动resethigh将DRV8308设备置于复位状态。这3态的串行接口引脚，并允许他们被外部编程逻辑。或者，EEPROM可以在组装前进行非车载编程。DRV8308设备无法编程EEPROM。7.5编程7.5.1串行接口一个简单的SPI串行接口用于写入DRV8308设备中的控制寄存器。可选地，该接口可被配置为从外部EEPROM设备自动加载寄存器。当SCS处于高激活状态时，数据被转移到保持寄存器中。当SCS返回到非活动（低）时，接收到的数据被锁存到寻址寄存器中。7.5.2串行数据格式串行数据由一个24位串行写入、一个读/写位、7个地址位和16个数据位组成。地址位标识表8中定义的寄存器之一。要写入寄存器，数据在地址后面移入，如图23所示：数据可以通过SDATO引脚从寄存器中读取。在读取操作期间，仅使用SDATI管脚中的地址；忽略以下数据位。通过在访问数据帧开始时设置READ位来启用读取：7.5.3编程OTP配置存储器要对非易失性OTP存储器进行永久性编程，首先将所有数据写入上述寄存器，然后按照以下顺序进行：内部OTP存储器只能编程一次。编程后，寄存器仍然可以被通过SPI端口的访问或使用外部EEPROM覆盖。7.6寄存器映射7.6.1控制寄存器DRV8308设备使用内部寄存器来设置操作参数，包括速度控制回路的特性、换相设置、栅极驱动电流等。寄存器通过串行SPI通信接口编程。此外，寄存器可以永久编程到非易失性OTP存储器中，或者从外部串行EEPROM设备加载。表7是设备的寄存器映射。在通电时，当VM上升到VM重置阈值以上，或当切换重置时，寄存器内容从OTP存储器或EEPROM加载（取决于SMODE）。有关外部EEPROM连接的详细信息，请参阅外部EEPROM模式。如果尚未对OTP进行编程，并且DRV8308设备在SMODElow下通电，则默认寄存器值均为0，但FAULT寄存器除外(默认为0x18),通过写入0可以清除故障位。在任何时候，寄存器内容都可以通过SPI接口写入或重写。有关每个寄存器的详细说明，请参阅前面的章节。8应用与实施注意以下应用程序部分中的信息不属于TI组件规范的一部分，TI不保证其准确性或完整性。TI的客户负责确定部件是否适合其用途。客户应验证和测试其设计实现，以确认系统功能。8.1申请信息8.1.1内部速度控制回路约束DRV8308设备是一种多功能的速度控制器和驱动器，适用于小型三相无刷电机。但是，它的应用也存在一定的局限性。内置的速度控制回路被设计成在50赫兹到6.7千赫的电机电气速度下以最佳方式工作。对于一个8极电机，这意味着转速约为500转/分，最高可达100000转/分。对于极数较高的电机，这些速度会减小；对于极数较低的电机，这些速度会增大。在较慢或较快的速度下操作是可能的，但是速度控制变得不太有效，特别是如果使用霍尔传感器进行速度反馈（与FG输入相反）。通常，在一个期望的电机转速下（通过设置滤波器系数和增益）优化速度回路。在有限的速度范围内（例如，1000转/分到2000转/分）可以使用一组参数进行操作,但是，在非常宽的速度范围内运行需要不同的参数。使用自动增益和自动前进功能可以将动态范围扩展到4倍。当使用SPI接口编程寄存器时，即使在电机运行时，参数也可以随时更新。通过这种方式，速度环可以适应更大的速度范围。当不使用内部速度回路时（当使用PWM输入或寄存器速度控制控制电机时），速度回路施加的限制不适用。外部速度控制实现（使用微控制器、FPGA或其他逻辑）基本上可以直接控制电机电流。但是，如果使用正弦换相，则对最小和最大速度有限制，这由用来产生交换序列的定时器。换向定时器是一个25位定时器在50兆赫；因此，它能捕获的最长时间是655毫秒。这将最慢速度限制在约1.5赫兹（或8极电机为23转/分）。在另一个极端，每个正弦换相周期有960步。到确保有足够的时间进行步进，最大速度是在50下产生960个计数兆赫，或52千赫。这相当于8极电机的最高转速为800000转/分。当不使用内部速度回路和使用120°换向（使用所有三个霍尔传感器）时，没有速度限制。换相是用组合逻辑来实现的。8.1.2霍尔传感器配置和连接DRV8308设备上的霍尔传感器输入能够与各种霍尔传感器接口。通常，使用霍尔元件，其输出约100mV的差分信号。要使用这种类型的传感器，可以使用VREG5调节器为霍尔传感器供电。连接如图25所示：由于霍尔传感器输出信号的振幅非常低，因此通常在霍尔输入端放置电容器，以帮助抑制电机PWM耦合的噪声。通常使用1到100nF的电容器。有些电机使用数字霍尔传感器，带有开路漏极输出。这些传感器还可以与DRV8308设备一起使用，并添加一些电阻器：负（xHN）输入通过VREG和接地之间的一对电阻偏置到2.5v。对于开路集电极霍尔传感器，正极（xHP）输入需要额外的VREG上拉电阻。同样，VREG输出通常可用于向霍尔传感器供电。8.1.3FG放大器配置和连接为了通过提供更高带宽的速度反馈来改善速度控制，通常使用磁性拾波线圈（通常称为FG发生器）。这通常实现为马达PCB上的蛇形PCB跟踪。这会产生一个低电平正弦波信号，其振幅和频率与电机转速成正比。由于FG轨迹靠近电机线圈，因此很容易受到电机PWM的噪声耦合。噪声耦合到FG电路中会导致调速不良，特别是在电机转速较低的情况下。启动是一个特别困难的情况，因为电机电流处于最大值，FG信号幅度很低（实际上，启动时为0）。如果在启动过程中噪声耦合到FG中，速度环将解释电机快速旋转时产生噪音，并降低脉宽调制占空比。结果是马达启动缓慢。如果怀疑存在此问题，在启动过程中用示波器查看FGOUT信号应该会发现此问题。为了解决这个问题，除了设置FG放大器增益的电阻器（图27中的R1和R2），FG放大器电路通常需要无源滤波器元件。理想情况下，用户希望大量抑制PWM频率。然而，用户需要通过与他们的最快电机速度对应的频率。例如，一台电动机每分钟可输出36个FG脉冲革命。在5000转/分时，这是一个3千赫的信号。如果在25kHz下操作PWM，则可以将单极设置为3kHz并显著抑制PWM频率，并且更大程度上抑制更高的PWM谐波（通常更容易耦合）。由于FG信号的振幅也随着电机转速的升高而增大，因此可以将该磁极设置为比最大转速指示的频率低得多的频率。最佳值需要通过测试实际电机来确定。该杆由图27中的C3设置除了抑制高频外，FG绕组还应与放大器进行交流耦合，以防止出现任何直流偏移问题。该电容器（C1）必须足够大，以允许电机可靠地启动，因为启动时FG频率和振幅很低。这里通常使用100nF至1μF的电容器。电压很低，所以可以使用6.3伏的陶瓷电容器。偶尔在FG轨迹上使用一个额外的小电容器。该电容器（C2以上）可能不需要，但它可以帮助抑制非常高频谐波的脉宽调制（故障）。通常使用330到2200pF之间的电容器。8.2典型应用8.2.1设计要求本节介绍设计注意事项。8.2.2详细设计程序8.2.2.1电动机电压无刷直流电动机的额定电压通常是一定的。较高的电压通常有以下优点,电流通过感应绕组变化更快，这允许更高的转速。对于给定的要求,功率输出（扭矩*速度），较高的电压允许较低的电流。8.2.2.2电机电流（峰值和RMS）了解和控制电机电流是非常重要的。这会影响功率FET器件的选择、所需的体积电容量以及DRV8308电流限制器特性的感测电阻器的大小。对于无刷直流电动机，增加负载转矩会增加电流。对于固定负载，电机旋转时的电流最高。一般来说，通过适当调整感测电阻的大小来限制自旋上升电流是一个好主意，因为如果不加以限制，电机在启动过程中可能会消耗许多安培，并导致VM下降，除非使用大量的体电容。限制电流减少了所需的体积电容。DRV8308的VLIMITER在0.25V下跳闸。例如，如果感测电阻为0.025Ω，则需要10A才能将ISEN电压升高到0.25V以上。发生这种情况时，DRV8308驱动占空比较短的外部FET，以将电流限制在10A以下。在选择功率场效应晶体管器件时，需要考虑的关键参数有：•必须是N通道类型，需要6个。•最大漏极电流（ID）；脉冲和连续。•最大VDS必须大于VM。•最大VG必须至少为12V（DRV8308驱动器大约为10V）。•RDS（开）–较低的值降低设备温度。8.2.2.3速度指令方法DRV8308可以使用开环0%至100%命令或使用闭环速度控制来驱动BLDC。使用闭环时，必须计算正确的参考时钟频率（在CLKIN上）。如果DRV8308寄存器FGSEL设置为00b，使用霍尔U来检测电机速度，NPOL