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ZHCACO3 may 2023 DRV8311

引言

在 TI 的无刷直流 (BLDC) DRV8x 米6体育平台手机版_好二三四系列使用的栅极驱动器应用中，通常使用一些控制模式来切换 MOSFET 开关的输出栅极。这些控制模式包括：1x、3x、6x 和独立脉宽调制 (PWM) 模式。

不过，DRV8x 米6体育平台手机版_好二三四系列（例如 DRV8311）中还有一项新技术，即 PWM 生成模式。PWM 生成模式允许用户通过米6体育平台手机版_好二三四 (TI) SPI (tSPI) 写入器件寄存器来打开和关闭 MOSFET 栅极输出。这种新控制模式的优势在于其允许通过串行接口配置 PWM 周期、频率和占空比。

因此，借助此控制模式，用户可以通过发送 SPI 读取/写入信号来实现具有稳健电机控制功能的更紧凑的系统，而无需使用来自 MCU 的多个 GPIO 输入。

tSPI 系统设计优势

使用 DRV8311P（DRV8311的 tSPI 型号）PWM 生成模式的一个系统级优势是消除了 INHx 和 INLx 引脚。BLDC DRV8x 器件通常需要三个 INHx 引脚和三个 INLx 引脚来控制栅极驱动器输出。因此，如果用户想要驱动多个电机，则需要六倍于 MCU 中电机 GPIO 引脚数量的引脚。

通过使用基于 tSPI 的 PWM 生成模式，使用四根导线即可通过 SPI 进行通信，如图 1 所示。此外，tSPI 允许随机访问 DRV8311P 器件，使用通用呼叫地址，并且能够以任何顺序执行读取/写入。

图 1 使用 tSPI 实现多电机控制

有关在多电机系统中使用 tSPI 的更多信息，请参阅使用 tSPI 协议减少下一个多电机 BLDC 设计中的导线数量。

PWM 生成模式

在 PWM 生成模式下，可以使用以下换向方法：梯形、正弦和磁场定向控制 (FOC)。通过使用 SPI 将相位驱动器输出设置为正确状态，即可实现这些方法。例如，DRV8311P 允许用户写入 PWM_STATE 寄存器，从而控制每个相位的高侧和低侧 MOSFET 的行为。

此外，该控制模式允许用户以精确粒度配置 PWM 信号的占空比。例如，当 PWM 频率为 20kHz 时，用户可以实现每位 0.2% 的占空比粒度。要使用 DRV8311P 实现这个值，请进行以下计算：

使用方程式 1，通过配置可生成指定 PWM 频率的 PWM_PRD_OUT 位来设置 PWM 周期输出。
方程式 1. ${P W M}_{P R D} = 0.5 \times (\frac{F_{S Y S}}{F_{P W M}})$
- PWM_PRD = PWM_PRD_OUT 值
- F_SYS = 内部系统时钟频率（大约 20MHz）
- f_PWM = PWM 频率
通过配置 PWM_Duty_OUTx 位来设置每个相位输出的占空比，使用以下公式：
方程式 2. $∆_{v a l u e} = 0.01 \times P W M_{P R D} \times ∆_{p e r}$
- Δ_value = PWM_DUTY_OUTx 值
- Δ_per = 占空比 (%)
要计算可实现的粒度级别，请根据方程式 2 对 Δ_per 求解，该公式变形如下：
方程式 3. $∆_{p e r} = \frac{∆_{v a l u e}}{0.01 \times P W M_{P R D}}$

在本示例中，PWM_PRD 为 500，Δ_value 设置为 250。通过使用方程式 3 求解 Δ_per，得出 Δ_per 为 50.0%。如果 Δ_value 增加 1（即 Δ_value = 251），Δ_per 变为 50.2%。因此，20kHz PWM 频率下的占空比粒度为 0.2%。

DRV8311P 占空比步长精度

为展示上一节中提到的粒度级别，将 DRV8311P 的输入占空比从 50.0% 开始，按 0.2% 步长递增，直到输入占空比达到 51.0%。在本测试中，A 相的高侧 (HS) 受 PWM 控制，B 相的低侧 (LS) 为导通状态，C 相的 HS 和 LS 为关断状态。表 1 展示了观察到的粒度级别。

表 1 DRV8311P 占空比粒度

输入占空比 (%)	测得的占空比 (%)	目标占空比步长 (%)	测得的占空比步长 (%)
50.0	49.78	-	-
50.2	49.98	0.20	0.20
50.4	50.18	0.20	0.20
50.6	50.38	0.20	0.20
50.8	50.58	0.20	0.20
51.0	50.78	0.20	0.20

图 2 和图 3 是在占空比测量过程中，在 OUTA 上观察并捕获的波形，对应表 1 中的前两行数据。

图 2 DRV8311P 占空比为 50.0% 时测得的步长精度

图 3 DRV8311P 占空比为 50.2% 测得的步长精度

如图 2 和图 3 所示，测得的占空比如预期一样增加了 0.2%。

DRV8311H 占空比步长精度

为与使用 PWM 生成模式的 DRV8311 tSPI 型号所观察到的精度水平进行比较，使用 DRV8311H（硬件型号）进行了相同的测试。同样，A 相 (INHA) 的高侧 (HS) 受 PWM 控制，B 相 (INLB) 的低侧 (LS) 被拉高，C 相的 HS 和 LS 保持低电平。表 2 展示了 DRV8311H 的占空比步进粒度。

表 2 DRV8311H 占空比粒度

输入占空比 (%)	测得的占空比 (%)	目标占空比步长 (%)	测得的占空比步长 (%)
50.0	50.13	-	-
50.2	50.35	0.20	0.22
50.4	50.56	0.20	0.21
50.6	50.76	0.20	0.2
50.8	50.93	0.20	0.17

图 4 和图 5 是在占空比测量过程中，在 OUTA 上观察并捕获的波形，对应表 2 中的前两行数据。通道 1（黄色）捕获输入 PWM 信号，而通道 2（蓝色）捕获测量的 PWM 信号。

图 4 DRV8311H 占空比为 50.0% 测得的步长精度

图 5 DRV8311H 占空比为 50.2% 测得的步长精度

结论

如前所述，如果用户正确设计 PCB 并执行正确的系统操作，PWM 生成模式可以作为一个功能强大的工具，用于帮助减少系统中不必要信号的数量。根据本文所示的占空比步长精度数据，PWM 生成模式是可用于电机控制的可靠方法。

参考

更多参考，请参见以下文档：

米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，如何使用 DRV8311 通过 5 根导线驱动 4 个电机演示视频。
米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，使用 tSPI 协议减少下一个多电机 BLDC 设计中的导线数量，应用手册。
米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，集成 MOSFET 驱动器中的延迟和死区时间，应用手册。
米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，DRV8311，米6体育平台手机版_好二三四页面。
米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，DRV8311 三相 PWM 电机驱动器，数据表。
米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，DRV8311HEVM，米6体育平台手机版_好二三四页面。
米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，DRV8311HEVM 用户指南。