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A4950全桥DMOS-PWM电机驱动器解析

2020-10-10 16:56:39  50 A4950
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特点和优点
•低RDS(开)输出
过电流保护(OCP)
•电机短路保护
•电机引线对地短路保护
•电机导线对蓄电池保护短路
•低功耗待机模式
•可调脉宽调制电流限制
•同步整流
•内部欠压锁定(UVLO)
•交叉电流保护
a4950K为AEC-Q100一级合格
•商用温度等级(A4950E:–40°C至85°C)
•汽车温度等级(A4950K:–40°C至125°C)
包装:8针SOICN,带外露热垫(后缀LJ)

说明
A4950设计用于直流电动机的脉冲宽度调制(PWM)控制,其峰值输出电流可达±3.5 A,工作电压可达40 V。
提供输入端子,用于利用外部应用的PWM控制信号控制直流电动机的速度和方向。提供内部同步整流控制电路,以降低脉宽调制操作期间的功耗。
内部电路保护包括过电流保护、电机引线对地或电源短路、滞后热关机、VBB欠压监测和交叉过电流保护。
对于高环境工作温度应用,提供汽车级设备(A4950K)。K级设备在扩展的温度和电压范围内进行测试,以确保在汽车或工业应用中符合要求。
A4950采用低剖面8针SOICN封装,带有裸露的热垫(后缀LJ),不含铅,100%哑光锡引线框架电镀。
功能框图

特性性能
脉宽调制控制时序图

功能描述
设备操作
A4950设计用于操作直流电机。输出驱动程序都是低RDS(on),N通道DMOS驱动程序,具有内部同步整流功能,以减少功耗。输出全桥中的电流通过固定关闭时间脉冲宽度调制(PWM)控制电路进行调节。IN1和IN2输入允许对网桥进行双线控制。
保护电路包括内部热关机,防止短路负载或输出对地或电源短路。欠压锁定防止损坏,保持输出关闭,直到驱动器有足够的电压正常工作。
待机模式
当两个输入(INx)引脚均低达1毫秒以上时,低功率待机模式激活。低功率待机模式禁用大部分内部电路,包括电荷泵和调节器。当A4950从待机模式出来时,在向设备发出任何PWM命令之前,应允许电荷泵达到其调节电压(最大延迟200μs)。
内部PWM电流控制
最初,一对对角的源和汇场效应管输出被启用,电流流过电机绕组和可选的外部电流感测电阻器RS。当RS上的电压等于比较器跳闸值时,电流感应比较器重置脉冲宽度调制锁存器。然后锁存器关闭接收器和源场效应晶体管(混合衰减模式)。
VREF
通过选择RSx和VREF引脚的电压来设置最大限流值。跨导函数由电流限制的最大值itrimax(A)近似,该值由以下设置:

其中VREF是VREF引脚(V)上的输入电压,RS是LSS端子上感测电阻器(Ω)的电阻。
过电流保护
电流监视器将保护IC免受输出短路造成的损坏。如果检测到短路,IC将锁定故障并禁用输出。故障锁存只能通过退出低功耗待机模式或将电源循环至VBB来清除。在OCP事件期间,在设备锁定之前的短时间内可能会超过绝对最大额定值。
关闭
如果模具温度增加到大约160°C,全桥输出将被禁用,直到内部温度降到15°C的滞后TTSDhys以下。VBB上存在内部UVLO,以防止输出驱动器在低于UVLO阈值时打开。
制动
制动功能是通过在电桥启用斩波命令(见脉宽调制控制真值表)之后,以慢衰减模式驱动装置来实现的,该模式通过对两个输入应用高逻辑来完成。由于可以通过DMOS开关双向驱动电流,这种配置有效地使电机产生的BEMF短路,只要发出Chop命令。最大电流可近似为VBEMF/RL。应注意确保在制动情况更糟的情况下不会超过装置的最大额定值:高速和高惯性负载。
同步整流
当内部固定关闭时间周期触发一个脉冲宽度调制关闭周期时,负载电流将再循环。A4950同步整流功能在电流衰减期间打开适当的DMOSFET,并使用低RDS(开)驱动器有效地使体二极管短路。这显著降低了功耗。当检测到零电流水平时,将关闭同步整流以防止负载电流反转
混合衰变操作
这些电桥以混合衰变模式工作。参考下图的下面板,当达到触发点时,装置在50%的固定关闭时间段内进入快速衰减模式。在这个快速衰减部分之后,设备在剩余的关闭时间切换到慢速衰减模式。在从快衰变到慢衰变的过渡过程中,驱动器因交叉延迟tCOD而被强制关闭。添加此功能是为了防止拍摄-混合衰减模式操作在桥上穿过。在这个“停滞时间”部分,同步整流不起作用,设备只在快衰减和慢衰减中工作。

应用程序信息
感应针(LSS)
为了使用PWM电流控制,在LSS引脚和接地之间放置一个低值电阻,用于电流感应。为了最小化感应输出电流电平时的接地跟踪红外降,电流感应电阻器应具有独立的接地回路,返回到星形接地点。这个痕迹应该尽可能短。对于低值感测电阻,印制电路板中的红外压降可能很大,应予以考虑。
当选择感测电阻器的值时,确保在最大负载下不超过LSS引脚上的最大电压±500 mV。在过电流事件期间,短时间内可能会超过该额定值。
地面
星形接地应尽可能靠近A4950。
裸露热垫正下方的铜接地平面对星体的接地点有很好的定位。为此,外露的衬垫可以接地。
布局
印刷电路板应有一个厚的接地平面。为了获得最佳的电气和热性能,A4950必须直接焊接到电路板上。A4950封装的底部是一个外露的衬垫,它为增强散热提供了途径。为了获得最佳的热传导,热垫必须直接焊接到PCB的外露表面上。热过孔用于将热量传递到PCB的其他层。
负载电源引脚VBB应与电解电容器(通常为100μF)分离,并与尽可能靠近装置的低值陶瓷电容器并联。

封装LJ,8针SOICN,带外露热垫


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