AT8870单通道直流电机驱动芯片

AT8870单通道直流电机驱动芯片
典型应用原理图

描述

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AT8870是一款刷式直流电机驱动器,适用于打印机、电器、工业设备以及其他小型机器。两个逻辑输入控制H桥驱动器,该驱动器由四个N-MOS组成,能够以高达3.6A的峰值电流双向控制电机。利用电流衰减模式,可通过对输入进行脉宽调制(PWM)来控制电机转速。如果将两个输入均置为低电平,则电机驱动器将进入低功耗休眠模式。
AT8870集成电流限制功能,该功能基于模拟输入VREF 以及ISEN 引脚的电压。该器件能够将电流限制在某一已知水平,这可显著降低系统功耗要求,并且无需大容量电容来维持稳定电压,尤其是在电机启动和停转时。
内部关断功能包含过流保护,短路保护,欠压锁定和过温保护。
AT8870提供一种带有裸露焊盘的SOP-8封装,能有效改善散热性能,且是无铅产品,引脚框采用100%无锡电镀。

应用

 打印机及办公自动化设备
 电器
 机器人
 工业设备

型号选择

产品型号 封装 包装
AT8870 SOP8-PP 料管,100颗/管;卷带,5k/盘

特点

●单通道H桥电流控制电机驱动器
●宽电压供电,6.5V-38V
●低RDS(ON)电阻
●3.6A峰值驱动输出,2A持续输出能力
●PWM电流整流/限流
●支持低功耗休眠模式
●过温关断电路
●短路保护
●欠压锁定保护
●自动故障恢复

封装形式

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SOP8 with PAD

典型应用原理图

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功能结构框图

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推荐工作条件

at Ta = 25°C

MinNOMMaxUnit
功率电源VM6.5-38V
连续输出电流IOUT02A
峰值输出电流IPEAK03. 6A
逻辑输入电压VIN0-5.75V
逻辑输入频率fPWM0100kHZ
参考电压VREF0.55V

(1) 芯片大电流工作时,做好芯片散热。

电特性

atTa = 25°C,VM= 24V

H-BRIDGE FETS
RDS(ON) |
高侧 FET 导通电阻 | I O = 1A, T J = 25°C 200 | mΩ
低侧 FET 导通电阻 | I O = 1A, T J = 25°C | 150
IOCP | 过流峰值 | 4.5 | 5 | 6 | A

模块功能描述

AT8870是一款刷式直流电机驱动器,VM单电源供电,内置电荷泵。两个逻辑输入控制H桥驱动器,该驱动器由四个N-MOS组成,能够以高达3.6A的峰值电流双向控制电机。该芯片利用电流衰减预置最大输出电流,能够将电流限制在某一已知水平。如果将两个输入均置为低电平,则电机驱动器将进入低功耗休眠模式。
内部关断功能包含过流保护,短路保护,欠压锁定和过温保护。

Bridge Control

输入管脚 IN1、IN2 控制H 桥的输出状态。下表显示了彼此间的逻辑关系。

IN1IN2OUT1OUT2说明
00ZZ滑行,休眠
10HL正向
01LH反向
11LL刹车

H 桥控制逻辑表

逻辑输入也可以使用 PWM 控制来达到调速功能。当用 PWM 波控制一个桥臂时,并且在驱动电流为关断时,由于电机的电感特性要求电流连续流通。这个电流叫做续流。为了操作这种电流,H 桥可以操作在两种不同的状态,快衰减或者慢衰减。在快衰减模式,H 桥是被禁止的,续流电流流经体二极管;在慢衰减模式,电机的下臂是短路的。
当 PWM 控制用于快衰模式,PWM 信号控制一个 xIN 管脚,而另一个管脚维持低电平;当运用于慢衰减,另一管脚维持高电平。

PWM Control of Motor Speed

IN1IN2FUNCTION
PWM0Forward PWM, fast decay
1PWMForward PWM, slow decay
0PWMReverse PWM, fast decay
PWM1Reverse PWM, slow decay

下图显示了在不同驱动和衰减模式下的电流通路。
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Drive and Decay Modes

CurrentControl

通过固定频率的 PWM 电流整流器,流过电机驱动桥臂的电流是被限制的或者是被控制的。在 DC 电机应用中,电流控制功能作用于限制开启电流和停转电流。
当一个 H 桥被使能,流过相应桥臂的电流以一个斜率上升,此斜率由直流电压 VM 和电机的电感特性决定。
当电流达到设定的阈值,驱动器会关闭此电流,直到下一个 PWM 循环开始。注意,在电流被使能的那一刻,ISEN 管脚上的电压是被忽略的,经过一个固定时间后,电流检测电路才被使能。这个消隐时间一般固定在 2us。

这个消隐时间同时决定了在操作电流衰减时的最小 PWM 时间。
PWM 目标电流是由比较器比较连接在 ISEN管脚上的电流检测电阻上的电压乘以一个 10 倍因子和一个参考电压决定。参考电压通过 VREF 输入。以下公式为 100%计算目标电流:
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举个例子:假如使用了一个 0.15Ω的电阻,参考电压为 3.3V,这样目标电流为 2.2A。
注意:假如电流控制功能不需要使用,ISEN 管脚需直接接地。
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电流衰减时序

当电流达到 I TRIP ,H 桥的两个下管打开,维持一个 t OFF 时间(25us),然后相应上管再打开。

DEAD TIME

当输出由高电平转变成低电平,或者由低电平转变为高电平,死区时间的存在是为了防止上下管同时导通。
死区时间内,输出是一个高阻态。当需要在输出上测量死区时间,需要根据相应管脚当时的电流方向来测量。
如果电流是流出此管脚,此时输出端电压是低于地电平一个二极管压降;如果电流是流入此管脚,此时输出端电压是高于电源电压 VM 一个二极管压降。
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死区时间

休眠模式

当 IN1、IN2 都为低,维持 1ms 以上,器件将进入休眠模式,从而大大降低器件空闲的功耗。进入休眠模式后,器件的H 桥被禁止,电荷泵电路停止工作。在 VM 上电时候,如果 IN1、IN2 都为低,芯片是立马进去休眠模式。当 IN1 或 IN2 翻转为高电平且至少维持 5us,经过延迟约 50us,芯片恢复到正常的操作状。

保护电路

AT8870 有过流保护,过温保护和欠压保护。

过流保护 (OCP)

在每一个FET 上有一个模拟电流限制电路,此电路限制流过 FET 的电流,从而限制门驱动。如果此过流模拟电流维持时间超过 OCP 脉冲时间,H 桥内所有 FET 被禁止。经过一个 OCP 尝试时间(tOCP),驱动器会被重新使能。如果这个错误条件仍然存在,上述这个现象重复出现。如果此错误条件消失了,驱动恢复正常工作。

H 桥上臂和下臂上的过流条件是被独立检测的。对地短路,对 VM 短路,和输出之间短路,都会造成过流关闭。注意,过流保护不使用 PWM 电流控制的电流检测电路,所以过流保护功能不作用与 ISEN电阻。

过温保护 (TSD)

如果结温超过安全限制阈值,H桥的 FET被禁止。一旦结温降到一个安全水平,所有操作会自动恢复正常。

欠压锁定保护(UVLO)

在任何时候,如果 VM 管脚上的电压降到低于欠压锁定阈值,内部所有电路会被禁止,内部所有复位。当VM 上的电压上升到 UVLO 以上,所有功能自动恢复。

电路应用信息

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限制峰值电流 2.2A。

版图注意事项

PCB板上应覆设大块的散热片,地线的连接应有很宽的地线覆线。为了优化电路的电特性和热参数性能,芯片应该直接紧贴在散热片上。
对电极电源 VM,应该连接不小于 47uF 的电解电容对地耦合,电容应尽可能的靠近器件摆放。
为了避免因高速 dv/dt 变换引起的电容耦合问题,驱动电路输出端电路覆线应远离逻辑控制输入端的覆线。
逻辑控制端的引线应采用低阻抗的走线以降低热阻引起的噪声。

地线设置

一个位于器件下的星状发散的地线覆设,将是一个优化的设计。在覆设的地线下方增加一个铜散热片会更好的优化电路性能。

电流取样设置

为了减小因为地线上的寄生电阻引起的误差,马达电流的取样电阻 RS 接地的地线要单独设置,减小其他因素引起的误差。单独的地线最终要连接到星状分布的地线总线上,该连线要尽可能的短,对小阻值的 Rs,由于Rs 上的压降 V=I*Rs 为 0.5V,PCB 上的连线压降与 0.2V的 电压将显得不可忽视,这一点要考虑进去。
PCB尽量避免使用测试转接插座,测试插座的连接电阻可能会改变 Rs的大小,对电路造成误差。Rs 值的选择遵循下列公式:
Rs=0.5/I TRIP max

热保护

当内部电路结温超过 165℃时,过温模块开始工作,关断内部多有驱动电路。过温保护电路只保护电路温度过高产生的问题,而不应对输出短路的情况产生影响。热关断的阈值窗口大小为 40℃。

TOPVIEW
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SOP8-PP

管脚列表

NAMEPINPinDescriptionEXTERNAL COMPONENTS OR CONNECTIONS
GND1芯片地GND管脚和芯片裸焊盘接到电源地。
PPAD-
VM5芯片电源芯片电源和电机电源,做好电源滤波。
IN13逻辑输入控制H桥输出状态,内置下拉电阻
IN22
VREF4H桥参考电压输入参考电压输入,来设定驱动峰值电流
ISEN7H桥 ground / IsenseH桥检流端,接检流电阻到地,若不需要限流,直接接地。
OUT16H桥输出 1H桥输出,定义正向电流为 OUT1 → OUT2
OUT28H桥输出 2

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