DRV8871 — H-мост на 45 В и 3,6 А с ограничением тока без шунта

Выводы

Выводы логики (1–4) — на одной стороне корпуса, силовые (5–8) — на другой. Корпус TI называет по-разному: на первой странице — «8-Pin HSOP» размером 4,9 × 6 мм, в перечне заказных исполнений — «SO PowerPAD (DDA)», на чертеже DDA0008B — «PowerPAD SOIC». По чертежу тело корпуса — 4,8–5,0 × 3,8–4,0 мм, ширина по выводам 5,8–6,2 мм, высота до 1,7 мм, шаг 1,27 мм, открытая площадка — 2,11–2,71 × 2,8–3,4 мм. Чертёж и посадочное место — на странице HSOIC-8 (PowerPAD SOIC-8), обычный корпус без площадки — SOIC-8.

Заказывают DRV8871DDAR (2500 штук на катушке, маркировка 8871); исполнение DRV8871DDA в трубках по перечню от 10.11.2025 снято с производства (Obsolete). Есть автомобильная версия DRV8871-Q1.

Параметры

Предельные режимы: VM от −0,3 до 50 В, входы IN1 и IN2 от −0,3 до 7 В, выходы от −0,7 В до VM + 0,7 В, выходной ток 3,5 А при 100 % заполнения, кристалл −40…+150 °C, ESD 6000 В по модели тела человека. Рекомендуемые условия: VM 6,5–45 В, входы 0–5,5 В, ШИМ 0–200 кГц, пиковый ток до 3,6 А, воздух −40…+125 °C. Характеристики — при 25 °C:

Тепловые сопротивления корпуса DDA по JEDEC: кристалл–воздух RθJA = 41,1 °C/Вт, кристалл–плата 23,1 °C/Вт, кристалл–площадка снизу 2,7 °C/Вт. Сопротивление ключей растёт с температурой: по рис. 1 даташита — примерно в 1,5 раза к 125 °C.

Логика IN1/IN2 и сон

Скорость регулируют ШИМ на одном входе при постоянном другом. TI советует чередовать ход и торможение: для хода вперёд на 50 % оборотов IN1 держат в единице, а IN2 переключают между 0 и 1 — в паузах обмотка замкнута нижними ключами (медленный спад). Можно чередовать ход и выбег (IN1 = IN2 = 0) — это быстрый спад: в паузе ток двигателя идёт через встроенные диоды обратно в источник VM.

Отдельного входа сна нет: если оба входа в нуле дольше tSLEEP (1 мс типично, до 1,5 мс), микросхема засыпает, выходы остаются в высокоимпедансном состоянии. После того как IN1 или IN2 продержится в единице не меньше 5 мкс, мост заработает через tON = 50 мкс. Наш вывод: при ШИМ с выбегом и паузами длиннее миллисекунды (частота ниже 1 кГц при малом заполнении) драйвер успевает уснуть, и каждый импульс начинается с задержки около 50 мкс — для такого ШИМ берите режим с торможением или частоту выше. Ограничение частоты сверху — длительность импульса: по примечанию к рекомендуемым условиям входной импульс должен длиться не меньше 800 нс (типичной микросхеме хватает 400 нс), поэтому при 200 кГц рабочий диапазон заполнения — 16–84 %.

Ограничение тока резистором ILIM

Ток, при котором мост прерывает ток двигателя, задаёт резистор между ILIM и общим проводом (уравнение 1 даташита):

Когда ток достигает ITRIP, микросхема открывает оба нижних ключа (медленный спад) на tOFF = 25 мкс, затем снова включает мост по состоянию входов. Первые 2 мкс после включения (tBLANK) срабатывание не учитывается. Сколько длится следующий этап разгона тока, зависит от VM, противо-ЭДС и индуктивности двигателя. Наименьшее допустимое сопротивление — 15 кОм. Если ограничение не нужно, TI советует ставить 15–18 кОм: тогда двигатель получает до 3,6 А на несколько сотен миллисекунд, а при большем токе срабатывает токовая или тепловая защита.

Зачем ограничивать ток: в момент пуска и при заклинивании двигатель берёт ток останова, который бывает в несколько раз больше рабочего. Ограничение до известного значения, по словам TI, снижает требования к источнику питания и к ёмкости конденсаторов на VM.

Наш расчёт: двигатель 24 В по табл. 3 даташита. Рабочий ток 0,8 А, пусковой 2 А, ШИМ 5 кГц, RILIM = 30 кОм.

• Типичный порог — 64 / 30 ≈ 2,13 А, у TI в таблице — 2,1 А.
• Разброс микросхем (59–69 кВ) и резистора ±1 % (29,7–30,3 кОм): от 59 / 30,3 ≈ 1,95 А до 69 / 29,7 ≈ 2,32 А.
• Для порога 2 А — 64 / 2 = 32 кОм; ближайшее значение ряда E96 — 31,6 кОм, это 2,03 А типично и 1,85–2,21 А с учётом разброса.
• С RILIM = 15 кОм типичный порог — 4,27 А, с 18 кОм — 3,56 А: оба выше рабочего тока, поэтому такие резисторы и называют «без ограничения».

Наш вывод: ITRIP ставят выше рабочего тока, чтобы двигатель разгонялся, но так, чтобы нижняя граница разброса не мешала пуску, а верхняя не перегревала микросхему и обмотки.

Типовая схема и конденсаторы

По рис. 7 даташита: VM от источника 6,5–45 В, на VM — керамика 0,1 мкФ у вывода и электролит 47 мкФ, RILIM = 30 кОм, входы — прямо от микроконтроллера с питанием 3,3 В, теплоотводящая площадка — на общий провод.

Требуемую ёмкость на VM даташит не задаёт формулой: она зависит от наибольшего тока двигателя, ёмкости и выходного сопротивления источника, индуктивности проводов питания, допустимых пульсаций, типа двигателя и способа торможения, и TI прямо требует проверять её испытаниями. Конденсаторы ставят как можно ближе к микросхеме, малые керамические — у самых выводов, проводники силовых цепей — широкие.

Нагрев и площадка PowerPAD

Мощность, которая выделяется в микросхеме, определяется в основном сопротивлением ключей: ток течёт через один верхний и один нижний ключ, поэтому

Пример TI (с. 16): при 58 °C вокруг сумма сопротивлений — около 0,72 Ом, ток 0,8 А даёт 0,8² · 0,72 = 0,46 Вт; на плате TI действующее тепловое сопротивление было 48 °C/Вт, и кристалл нагрелся до 58 + 0,46 · 48 ≈ 80 °C. Пусковой ток выше рабочего, и его длительность тоже нужно учитывать. Переключение входов на 200 кГц вместо 20 кГц, по даташиту, добавляет около 20 % потерь.

Наш расчёт: 2 А действующего тока. При 0,72 Ом — 2² · 0,72 ≈ 2,9 Вт; с RθJA = 41,1 °C/Вт кристалл нагревается на 118 °C, а сопротивление ключей при этом растёт дальше. При 25 °C вокруг — около 143 °C, рядом с нижним порогом тепловой защиты 150 °C. Это согласуется с измерением TI «2 А при 25 °C на стандартной плате FR-4» как с пределом, а не с рабочим током. Для длительных 2 А при тёплом воздухе нужен больший полигон или меньший ток.

Площадку под корпусом обязательно припаивают к полигону общего провода на верхнем слое и соединяют множеством переходных отверстий с большим полигоном на нижнем слое. Без пайки площадки тепловое сопротивление будет намного больше табличного, и тепловая защита сработает уже при небольшом токе. Оценить площадь меди поможет тепловой расчёт платы, параметры двигателя — калькулятор коллекторного двигателя.

DRV8871, DRV8833 и L293D

Значения DRV8833 и L293D — по даташитам TI SLVSAR1E и SLRS008D; подробнее — в карточках DRV8833 и TB6612FNG и L293D.

Наш вывод: DRV8871 — выбор для одного двигателя на 12 или 24 В и токах до двух ампер; два небольших двигателя от 5–9 В удобнее вести одной DRV8833, а L293D оправдан разве что в повторении старых схем.

Расхождения в документации

• Корпус. На первой странице — «8-Pin HSOP» и размер 4,9 × 6 мм, в перечне исполнений — «SO PowerPAD», на чертеже DDA0008B — «PowerPAD SOIC». По чертежу 4,9 × 6 мм — это длина тела и ширина по выводам, а ширина тела — 3,8–4,0 мм.
• Частота ШИМ. В обзоре (разд. 7.1) — от 0 до 100 кГц, в рекомендуемых условиях — до 200 кГц с оговоркой о длительности импульса 800 нс.
• Ток. Пиковый ток в рекомендуемых условиях — 3,6 А, а предельный выходной ток при 100 % заполнения — 3,5 А (добавлен в ревизии B).
• Порог тепловой защиты. В табл. 2 мост выключается при «TJ > 150 °C», в таблице характеристик 150 °C — минимум, а типично 175 °C; в разделе 10.3 — «примерно 175 °C».
• Выход из сна. В разделе 7.3.2 мост работает через 50 мкс после того, как вход продержится в единице 5 мкс; в таблице характеристик tON = 40 мкс типично и 50 мкс максимум, без упоминания этих 5 мкс.
• Рис. 4. На схеме путей тока между нижними ключами и общим проводом нарисован резистор, хотя у DRV8871 нет вывода для шунта и ток измеряется внутри.
• Гистерезис UVLO. Типичные пороги 6,3 и 6,1 В дают разность 200 мВ, а типичный гистерезис в той же таблице — 180 мВ.