当前位置：首页 > news >正文

【STM32学习】TB6612FNG驱动芯片的学习，驱动电路的学习

news 来源：原创 2025/6/29 16:17:48

1、TB6612电机驱动芯片

1.1如下是芯片的引脚图：

1.2如下图是电机的控制逻辑：

1.3MOS管运转逻辑

1.3典型应用电路

2、H桥驱动电路

2.1、单极模式

2.2、双极模式

2.3、高低端MOS管导通条件

2.4、H桥电路设计

2.5、自举电路

3、电气特性

3.1. 供电电压

3.2. 输入电压

3.3. 输出电压

3.4. 输出电流

3.5. 其他电气特性

1、TB6612电机驱动芯片

TB6612芯片是一款双路H桥型的直流电机驱动芯片，可以驱动两个直流电机并控制其转速和方向。

参考：C141517_电机驱动芯片_TB6612FNG,C,8,EL_规格书_TOSHIBA(东芝)电机驱动芯片规格书

电机驱动芯片——DRV8833、TB6612、A4950、L298N的详解与比较_51CTO博客_电机驱动模块tb6612

1.1如下是芯片的引脚图：

VM：接驱动电机所要的电压。
PWM：接控制信号，控制电机转速；
AIN1;AIN1;BIN1;BIN1：控制电机的状态，控制电机正转反转，控制电机制动。
STBY：控制电机工作和待机。
AO1AO2：是A号电机的输入口，将信号传递到电机。BO则是B号电机的口。

1.2如下图是电机的控制逻辑：

STBY接高电平，电机工作。
IN1IN2：都接高电平：电机制动
IN1IN2：都接低电平，电机停止
IN1IN2：一高一低，电机反转，转速取决于PWM的占空比
IN1IN2：一低一高，电机正转，转速取决于PWM的占空比

1.3MOS管运转逻辑

1.3典型应用电路

可驱动两个电机

2、H桥驱动电路

2.1、单极模式

单极模式：电机电枢驱动电压极性是单一的。

优点：启动快，能加速，刹车，能耗制动，能量反馈，调速性能不如双极模式好，但是相差不多，电机特性也比较好。在负载超速时也能提供反向力矩。
缺点：刹车时，不能减速到0，速度接近0速度时没有制动力。不能突然倒转。动态性能不好，调速静差稍大。

PWM和PWMN是互补的PWM信号，一般用高级控制定时器的通道和互补通道控制。

在PWM为高电平时：MOS管1和4都导通，MOS管2和3都截止，电流从电源正极，经过MOS管1，从左到右流过电机、然后经过MOS管4流入电源负极。

在PWM为低电平时：MOS管2和4都导通，MOS管1和3都截止，根据楞次定律，存在自感电动势，电流还是从左到右流过电机，经过MOS管4和MOS管2形成电流回路。

2.2、双极模式

双极模式：电枢电压极性是正负交替的。

优点：能正反转运行，启动快，调速精度高，动态性能好，调速静差小，调速范围大，能加速，减速，刹车，倒转，能在负载超过设定速度时，提供反向力矩，能克服电机轴承的静态摩擦力，产生非常低的转速。
缺点：控制电路复杂。在工作期间，4个MOS管都处于工作状态，功率损耗大，电机容易发烫。

PWM1和PWM1N、PWM2和PWM2N是PWM互补通道。

使用高级控制定时器通道和互补通道控制双极模式中，PWM1和PWM2周期相同，占空比相同，极性相反，使得对角线上的两个MOS管同时导通，同时关断。

PS不懂：这个又是怎么实现反转的？？PWM1高电平是正转，低电平就反转了？？

2.3、高低端MOS管导通条件

使用栅极驱动芯片，通过自举电容，利用电容两端电压不能突变的特性，使VB和VS的的电压差维持在一个VCC值，而VB的值相当于HO高电平时的电压，这样就使高端MOS管Vgs的电压差也是一个VCC值，这样高端MOS管就能导通了。

低端MOS管，根据栅极驱动芯片的引脚特性，LO高电平时的电压就是VCC的电压，低端源极接地，Vgs的电压差也是一个VCC值，这样低端MOS管就能导通了。

2.4、H桥电路设计

假设图中N-MOS管的Vgs阈值为3V，VCC=24V。

对于下桥臂Q2MOS管可以使用STM32芯片引脚直接控制，因为STM32的PWM高电平是3.3V足够使N-MOS管导通。

上桥臂Q1 MOS管无法直接使用STM32芯片引脚使其导通，因为假设Q1导通，漏极D和源极S电压几乎相等(Rds非常小),即VA=VCC=24V，这样要求Vg>=VA+Vgs=27V。简单来说就是，Vg大于27V，Q1导通，小于27V，Q1截止。所以就需要一个这样的电路：把STM32的3.3VPWM信号升压到27V电压上，这个电路可以用自举电路来实现。

上桥臂驱动：自举电路

下桥臂驱动：电平控制

实际电路设计中，一般把Vgs设置为10~20V，因为这样保证MOS管完全导通。

还有一个问题当MOS管完全导通时，MOS管的内阻Rds一般来说就比较小在几毫欧，就相当于一根导线。但是当MOS管不完全导通时，也就是说Vgs小于开启电压时，MOS就处于不完全导通状态，那么MOS管的内阻就比较大，而电机驱动板的电流也比较大。那么MOS的发热就会非常严重，很可能会烧坏芯片。

2.5、自举电路

芯片在Vcc和VB脚之间接了一个二极管，在VB和VS之间接了一个电容。这便构成了一个自举电路。

作用：由于负载(电机)相对于上桥臂和下桥臂MOS位置不同，而MOS的开启条件为Vgs>Vth，这便会导致想要上桥臂MOS导通，则其栅极对地所需的电压较大。

因为下桥臂MOS源极接地，想要导通只需要令其栅极电压大于开启电压Vth。

而上桥臂MOS源极接到负载，如果上桥臂MOS导通，那么其源极电压将上升到H桥驱动电压也就是MOS的供电电压，此时如果栅极对地电压不变，那么Vgs可能小于Vth，又关断。

因此想要使上桥臂MOS导通，必须想办法使其Vgs始终大于或一段时间内大于Vth(即栅极电压保持大于MOS管的电源电压+Vth)。

参考：

H桥电机驱动电路详解

3、电气特性

TB6612FNG 芯片的电气特性详细描述如下：

3.1. 供电电压

Vcc（小信号电源电压）：最小值为 2.7V，典型值为 3V，最大值为 5.5V。此电压为芯片内部的控制逻辑等小信号电路提供电源，确保芯片能正常处理输入信号、执行控制逻辑等操作。例如，芯片内部的控制逻辑电路依据输入信号来决定电机驱动模式（正转、反转、刹车、停止等），而 Vcc 为这些逻辑判断和信号处理过程提供必要的电力支持。
VM（电机电源电压）：最小值为 2.5V，典型值为 5V，最大值为 13.5V，并且规定其最大值为 15V。VM 是直接为电机供电的电源输入，其电压范围决定了芯片能够驱动电机的电压适应能力。当 VM 处于合适的范围时，芯片可以有效地控制电机的运转，如在驱动小型直流电机时，根据电机的额定电压选择合适的 VM 值，以保证电机正常工作且芯片不会因过压或欠压而损坏。

3.2. 输入电压

VIN（针对 IN1、IN2、STBY、PWM 引脚）：范围是 -0.2V 到 6V。这个电压范围限定了外部输入到芯片控制引脚（如控制电机正反转的 IN1 和 IN2 引脚、用于控制芯片待机状态的 STBY 引脚以及用于 PWM 调速的 PWMA 和 PWMB 引脚）的信号电平。如果输入信号电压超出此范围，芯片可能无法正确识别输入信号，导致电机驱动异常或芯片工作不稳定。例如，当 IN1 和 IN2 引脚接收到的信号电压不符合 -0.2V 到 6V 的范围时，芯片可能无法准确判断电机应执行的动作（正转、反转等）。
PWM输入的频率问题：一般来说，PWM 输入频率应在芯片能够正常响应和处理的范围内，同时要考虑芯片内部电路的速度和响应能力。如果频率过高，芯片可能无法及时准确地处理输入信号，导致电机驱动不稳定；如果频率过低，可能无法实现精确的电机速度控制，且可能产生可听噪声或电机运行不平稳等问题。
如果应用对电机速度控制精度要求较高，例如在精密仪器设备或自动化生产线上的电机驱动，可能需要较高的 PWM 频率。较高频率可以提供更精细的占空比调整，从而实现更精确的速度控制
一般来说，频率高于 20kHz 时，人耳通常难以听到由 PWM 引起的噪声，但具体还需结合电机特性和实际应用环境测试确定。
PWM控制的频率可达100KHZ

3.3. 输出电压

VOUT（针对 O1、O2 引脚）：最大值为 15V。O1 和 O2 引脚是芯片驱动电机的输出引脚，连接到电机的绕组两端。该输出电压范围决定了芯片能够提供给电机的最高电压，从而影响电机的转速和扭矩等性能。例如，对于一个额定电压为 12V 的电机，芯片输出的电压在 0 - 15V 范围内可根据控制信号进行调整，以实现电机的调速功能。

3.4. 输出电流

IOUT（平均值）：每通道为 1.2A。这是芯片在持续工作状态下每个输出通道能够稳定提供的平均电流大小。在驱动电机等负载时，如果负载的平均电流需求不超过 1.2A，芯片可以长时间稳定工作。例如，驱动一些小型低功率电机或其他需要持续电流驱动且电流需求不大的负载时，芯片的每个通道可以满足其平均电流要求。
IOUT（峰值）：当 tw = 20ms 连续脉冲且占空比≤20% 时为 2A；当 tw = 10ms 单脉冲时为 3.2A。峰值电流表示芯片在短时间内能够提供的最大电流能力，主要用于应对电机启动瞬间或其他需要较大瞬时电流的情况。例如，电机启动时可能需要较大的扭矩，此时瞬间电流需求较大，芯片在满足特定脉冲宽度条件下（如 tw = 10ms 单脉冲时）可以提供高达 3.2A 的峰值电流来帮助电机启动。但需要注意的是，峰值电流只能在短时间内提供，不能持续工作在该电流水平，否则会导致芯片过热等问题。
另外，当 VM≥4.5V 时，输出电流（H - SW）典型值可达 1.0A；在 4.5V>VM≥2.5V 且无 PWM 操作时，输出电流（H - SW）典型值为 0.4A。这里的 H - SW 可能指的是与高侧开关相关的输出电流情况。这表明电机电源电压 VM 的大小会影响芯片的输出电流能力，在不同的 VM 条件下，芯片能够提供的典型输出电流值不同，用户在设计电路时需要根据实际的电源电压情况和负载电流需求来考虑芯片的适用性。

下面这个图没看懂，？？？

为什么占空比增加，输出电流反而减小了？？？

3.5. 其他电气特性

功耗：芯片自身（IC only）功耗为 0.78W；在 50mm×50mm 的 PCB 上，铜箔面积≥40% 时，功耗为 0.89W；在 76.2mm×114.3mm 的 PCB 上，铜箔面积≥30% 时，功耗为 1.36W。功耗参数反映了芯片在工作过程中的能量消耗情况，与芯片的发热程度密切相关，也影响着对散热设计的要求。例如，在设计 PCB 布局时，如果空间允许，选择较大尺寸且铜箔面积较大的 PCB 可以更好地散热，保证芯片在正常功耗下稳定工作，避免因过热导致性能下降或损坏。
工作温度范围： -20°C 至 85°C。这个温度范围限定了芯片能够正常工作的环境温度区间。在实际应用中，如果环境温度超出此范围，可能会影响芯片的性能，如导致输出电流能力下降、控制精度降低等问题，甚至可能损坏芯片。例如，在高温环境下，芯片内部的电子元件性能可能发生变化，从而影响其对电机的驱动效果；而在低温环境下，可能会影响芯片的启动特性或使某些参数偏离正常范围。
存储温度范围： -55°C 至 150°C。这是芯片在未上电、存储状态下能够承受的温度范围，超出此范围可能会对芯片的物理结构和电气性能造成永久性损坏，影响芯片后续的使用。例如，在芯片运输、仓储过程中，需要确保环境温度在存储温度范围内，以保证芯片的质量和可靠性。
内置保护电路：包括热关断电路和低压检测电路。热关断电路在芯片温度过高时会自动切断部分或全部功能，以保护芯片不被损坏；低压检测电路用于监测电源电压，当电压低于一定阈值时可能采取相应措施（如发出警告信号或进入特定的保护模式），确保芯片在异常电压情况下的安全性。这些保护电路有助于提高芯片在复杂工作环境和电源条件下的可靠性和稳定性。
输出低导通电阻：0.5Ω（上管 + 下管，典型值 @VM≥5V）。较低的导通电阻意味着在芯片输出驱动电机时，自身损耗的能量较小，能够更高效地将电能传输到电机上，减少发热，提高驱动效率。例如，当驱动电流为 1A 时，根据欧姆定律（U = IR），在导通电阻为 0.5Ω 的情况下，芯片上产生的压降仅为 0.5V，消耗的功率为 0.5W，相比高导通电阻的情况，能够减少能量浪费并降低芯片的发热程度。
待机（省电）系统：待机电流 1μA（典型值）。当芯片进入待机状态（通过 STBY 引脚控制）时，其功耗非常低，仅消耗 1μA 的电流，这对于一些需要长时间待机且对功耗敏感的应用场景非常重要，如电池供电的设备。在待机状态下，芯片可以保持部分功能（如监测外部信号等），同时最大限度地降低能源消耗，延长设备的电池续航时间。
控制输入电流：高电平输入电流（IH）在 VIN = 3V 时，典型值为 5μA，最大值为 15μA；VIN = 0V 时，最大值为 25μA；低电平输入电流（IIL (STB)）最大值为 1μA。这些参数描述了芯片控制引脚在不同输入电压下的输入电流大小，对于设计外部驱动电路（如微控制器与芯片之间的连接电路）时选择合适的上拉电阻或下拉电阻等元件非常重要，以确保输入信号能够正确地被芯片识别，同时避免过大的输入电流对芯片或外部电路造成不良影响。
输出饱和电压（针对 U + L）：当输出电流为 1A、Vcc = VM = 5V 时，最大值为 0.7V，典型值为 0.5V；输出电流为 0.3A、Vcc = VM = 5V 时，最大值为 0.21V，典型值为 0.15V。输出饱和电压是指芯片输出处于导通状态且接近完全导通时，输出引脚与地之间的电压降。这个电压降会导致在输出电流通过时产生一定的功率损耗（P = I×Vsat），影响芯片的驱动效率。例如，当输出电流为 1A 时，在典型饱和电压 0.5V 的情况下，功率损耗为 0.5W，较低的饱和电压有助于提高芯片的整体效率，减少发热。
输出泄漏电流（针对 IL）：输出端 U 在 VM = VOUT = 15V 时，最大值为 1μA；输出端 L 在 VM = 15V、VOUT = 0V 时，最小值为 -1μA。输出泄漏电流是指在芯片输出处于截止状态时，从输出引脚流出或流入的微小电流。虽然泄漏电流通常很小，但在一些对功耗和精度要求极高的应用中，需要考虑其影响，以确保系统的性能和稳定性。例如，在高精度测量仪器或低功耗设备中，即使微小的泄漏电流也可能对测量结果或电池续航时间产生影响。
再生二极管正向电压（针对 VF）：输出端 U 和输出端 L 在 IF = 1A 时，最大值为 1.1V，典型值为 1V。再生二极管在芯片驱动电机等感性负载时起到续流作用，当电机电流突然变化（如电机停止或转速突变）时，电机绕组产生的反电动势会通过再生二极管形成回路，保护芯片免受过高电压冲击。正向电压参数影响着续流过程中的能量损耗，较低的正向电压可以减少能量损失，提高系统效率。
低电压检测电压（设计目标）：恢复电压（UVLC）为 2.2V，检测电压（UVLD）为 1.9V。这些电压值用于芯片内部的低压检测电路，当电源电压下降到 UVLD 以下时，芯片可能会采取相应措施（如发出警告或进入特定保护模式），而当电源电压回升到 UVLC 以上时，芯片可能恢复正常工作。这有助于确保芯片在电源电压波动或不稳定的情况下能够正常工作并保护自身不受损坏。
响应速度（设计目标）：上升时间（tr）为 24ns，下降时间（tf）为 41ns。响应速度描述了芯片对输入信号变化的响应快慢程度，在一些对控制精度和响应及时性要求较高的应用中（如高速电机控制或精确位置控制），较快的响应速度能够使芯片更及时地调整电机的驱动状态，提高系统的动态性能。例如，在电机需要快速加速或减速的应用场景中，芯片能够迅速根据控制信号调整输出电流和电压，从而实现电机的快速响应。
死区时间（设计目标）：H 到 L 的穿透保护时间为 50ns，L 到 H 的穿透保护时间为 230ns。死区时间是为了防止在芯片控制电机的 H 桥电路中，上下管同时导通（穿透电流）而设置的。在电机驱动模式切换时（如从正转到反转或反之），上下管的导通状态需要有一定的时间间隔（死区时间），以避免电源短路，保护芯片和电机。不同的死区时间要求在设计电机驱动电路和控制算法时需要特别注意，确保在满足芯片要求的同时实现电机的平稳运行。

1、TB6612电机驱动芯片

1.1如下是芯片的引脚图：

1.2如下图是电机的控制逻辑：

1.3MOS管运转逻辑

1.3典型应用电路

2、H桥驱动电路

2.1、单极模式

2.2、双极模式

2.3、高低端MOS管导通条件

2.4、H桥电路设计

2.5、自举电路

3、电气特性

3.1. 供电电压

3.2. 输入电压

3.3. 输出电压

3.4. 输出电流

3.5. 其他电气特性

相关文章：