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L6201/L6202/L6203的DMOS全桥驱动程序分析

电源电压高达48V

5A最大峰值电流(L6201最大2A)
总均方根电流L6201:1A;L6202:1.5A;L6203/L6201PS:4A
RDS(开)0.3Ω(25°C时的典型值)
交叉传导保护
TTL兼容驱动器
工作频率高达100 KHz
热关机
内部逻辑电源
高效率
说明
I.C.是一个全桥驱动器,用于在多电源BCD技术中实现的电机控制应用它结合了隔离的DMOS功率晶体管与CMOS和双极电路在同一芯片上。通过使用混合技术优化逻辑电路和功率级达到最好的性能。这个DMOS输出晶体管可以在电源下工作电压高达42V,开关速度高。所有的逻辑输入都是TTL,CMOS与μC兼容。每个通道(半桥)设备由一个单独的逻辑输入控制,而公共启用控制两个通道。I.C.安装在三个不同的包中。

电气特性(续)
电源驱动时序逻辑控制

受功耗限制
在同步整流中,漏源压降VDS如图4(L6202/03)所示;L6201的典型值为0.3V。


电路说明
L6201/1PS/2/3是一个整体式全桥采用新型多功率BCD技术实现的开关电机驱动器,可集成多个隔离的DMOS功率晶体管加上混合CMOS/双极控制电路。在这个所有的控制都是有可能的输入TTL、CMOS和μC兼容,说明了外部MOS驱动组件的必要性。逻辑驱动器如表1所示。

尽管设备保证
交叉传导,在功率DMOS结构中存在固有的双电极,导致感测终端上电流尖峰的产生。这是由于充放电现象在电容器C1和C2中漏源接头(图14)。当输出从高到低切换,电流尖峰与电容器C1相关。上从低到高的转变相同极性的尖峰由C2生成,前面是由于输入充电而产生的极性相反低功率DMOS晶体管的容量(图15)。


晶体管操作
当其中一个功率DMOS晶体管打开时可以认为是电阻RDS(ON)在推荐的工作范围内。在这种情况下,耗散功率由下式给出:

多电源BCD过程的低RDS(ON)可提供高电流和低功率异议。关闭状态当其中一个功率DMOS晶体管关闭VDS电压等于电源电压,只有泄漏电流IDSS流动。这个在此期间的功耗由以下公式给出:
功耗很低,可以忽略不计相比之下如上文所述,晶体管的源极和漏极之间有一个in-trinsic二极管可作为快速自由转动二极管工作切换模式应用。再循环期间当使能输入高时,电压降晶体管两端是RDS(ON)⋅ID,当它达到二极管正向电压,它被钳制。当使能输入低时MOS关断,二极管携带所有的累加器电流。在循环的过渡时间内消耗的功率取决于电压电流波形和驱动模式。(见图7ab和图8abc)。
升压电容器
以确保功率DMOS晶体管正确驱动典型的门源电压。10个所有N通道必须保证VDMOS晶体管。这很容易提供低功率DMOS晶体管电源指接地,但门极电压必须大于电源电压驱动上部晶体管。这是通过内部电荷泵电路,保证直接直流驱动与升压电路相结合。为了有效充电,boos陷阱电容器的值应大于输入值功率晶体管的电容约1nF。建议使用至少10 nF的容量作为引导。如果使用较小的电容器存在以下风险:功率晶体管不能完全打开它们将显示较高的RDS(开)。另一方面如果使用提升值,则有可能电流尖峰可以产生电阻的意义。
参考电压
旁路内部参考电压。建议在电容器之间放置一个电容器别针接地。对于大多数应用来说,0.22μF的值应该是合适的。该引脚还可防止对地短路:a最大值。最大电流可达2mA。为了保护设备不受桥臂同时收缩的影响,导致轨对轨短路综合逻辑控制提供大于40 ns的死区时间。热保护包括一个热保护电路当结温达到150°C时,该装置将失效降到安全级别后,设备重新启动输入使信号处于控制状态。
应用程序信息
再循环在再循环期间,使能输入高,晶体管上的电压降是RDS(开)⋅IL,根据源漏二极管的特性。尽管装置有防止交叉感应的保护,电流尖峰可能出现在电流上感应针由于充电/放电现象本征源漏电容。在应用中,这不会导致任何问题,而是导致传感器上产生的电压尖峰电阻被电流控制器电路屏蔽。上升时间Tr(见图16)当电桥的对角线接通时,电流开始在感应负载中流动,直到时间Tr后达到最大电流IL。在这种情况下,耗散能量EOFF/ON为:EOFF/ON=[RDS(ON)⋅IL2Tr]⋅2/3加载时间TLD(见图16)在此期间,能量耗散是由于晶体管的导通电阻换相(ECOM)。作为两种力量DMOS晶体管打开,EON由以下给出:ELD=IL2⋅RDS(开)⋅2⋅TLD在换相过程中,耗散的能量为:ECOM=VS⋅IL⋅TCOM⋅fSWITCH⋅TLD
TCOM=接通=断开fSWITCH=斩波频率。下降时间Tf(见图16)假设能量在循环的一部分形式与此相同显示上升时间:EON/OFF=[RDS(ON)⋅IL2⋅Tf]⋅2/3

静止能量
对能量耗散的最后一个贡献是由于静态电源电流,由以下给出:等亮度=iquiesent⋅Vs⋅T每循环总能量ETOT=EOFF/ON+ELD+ECOM++开/关+等亮度总功耗pdi是简单的:
PDIS=ETOT/吨
Tr=上升时间
TLD=加载驱动时间
Tf=下降时间
Td=停滞时间
T=周期
T=Tr+TLD+Tf+Td
直流电动机速度控制因为I.C.集成了一个完整的H桥它非常适合控制直流电动机。当用于直流电动机控制时速度和方向控制所需的功率级。该装置可与像L6506这样的电流调节器来实现用于速度控制的跨导放大器如图17所示。在这个特殊的配置中只使用了L6506的一半,另一半可以用来控制第二个马达。L6506感应传感器上的电压电阻RS用于监测电机电流:它对感应电压进行补偿,以控制电机制动期间的速度。在感测电阻器和每个感测输入之间建议使用L6506 a电阻器;如果L6506输出之间的连接而L6203的输入需要一个长路径必须在L6203和地面。由R和C系列构成的缓冲网络必须在输出引脚附近预见一个二极管(BYW98)连接在每个电源输出引脚和接地之间。下列公式可用于计算缓冲器值:相对低压C=lp/(dV/dt),其中:VS是预计的最大供电电压Ip为负载电流的峰值;dv/dt是输出电压的限制上升时间(通常使用200V/微秒)。如果电源不能吸收电流,必须使用并连接一个合适的大电容器靠近L6203的电源引脚。有时L6506引脚17的电容器更好的工作。对于最大2A的电机电流L6202可用于类似的电路配置,其典型电源电压为24伏推荐。

双极步进电机应用
双极步进电机可以用一个L6506或L297,两个全桥BCD驱动器和很少有外部组件。一起这些三片芯片构成一个完整的微处理器与步进电机接口。如图18和图19所示,控制器直接连接到两个桥接BCD驱动程序。外部组件被最小化:一个R.C.网络用来设置斩波器频率,一个电阻式视频(R1;R2)用来建立比较器参考电压和一个由R和C串联(见直流电机速度控制)

可以要求在VS较低时驱动电机比建议的最低12V(见电气特性);在这种情况下,通过在RDS中接受可能的小增量(ON)功率输出晶体管的电阻最低的电源电压值,可能是一个很好的解决方案,如图20所示。

热特性
多亏了这个装置的高效率不需要真正的散热片,也可以通过P.C.B.上的铜质侧来实现。(L6201/2)。在恶劣的条件下,L6203需要一套适合的冷却系统。以类似的方式使用两个方形铜边如图23所示,图21指示如何当L6201总功耗已知,因为:RTh j-amb=(Tj max.–Tamb max)/Ptot图22显示了瞬态热电阻与单脉冲时间宽度的关系。图23和24参考L6202。对于多瓦L6203,附加信息是由图25(热阻结环境与总功耗)和图26(峰值瞬态热阻vs.Re 脉冲宽度),而图27是指单脉冲瞬态热阻。



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