A4952和A4953全橋DMOS PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)解析

一、引言

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，高效、可靠且功能豐富的驅(qū)動(dòng)器至關(guān)重要。A4952和A4953全橋DMOS PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)器憑借其出色的性能和特性，成為眾多工程師的選擇。本文將深入剖析這兩款驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)、性能以及應(yīng)用要點(diǎn)。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 功能特性

A4952和A4953專(zhuān)為直流電機(jī)的脈寬調(diào)制（PWM）控制而設(shè)計(jì)，能夠提供±2 A的峰值輸出電流，工作電壓可達(dá)40 V。它們具有以下顯著特性：

• 低導(dǎo)通電阻輸出：低 (R_{DS (on) }) 輸出可降低功率損耗，提高效率。
• 過(guò)流保護(hù)（OCP）：包括電機(jī)短路保護(hù)、電機(jī)引線對(duì)地短路保護(hù)以及電機(jī)引線對(duì)電池短路保護(hù)，有效保護(hù)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。
• 低功耗待機(jī)模式：當(dāng)兩個(gè)輸入（INx）引腳低電平持續(xù)超過(guò)1 ms時(shí)，進(jìn)入低功耗待機(jī)模式，禁用大部分內(nèi)部電路，降低功耗。
• 可調(diào)PWM電流限制：通過(guò)選擇 (R{Sx}) 和VREF引腳的電壓來(lái)設(shè)置最大電流限制值，計(jì)算公式為 (I{TripMAX }=frac{V{REF}}{A{V} × R_{S}}) 。
• 同步整流：在電流衰減期間開(kāi)啟適當(dāng)?shù)腄MOSFET，有效短路體二極管，降低功耗。
• 內(nèi)部欠壓鎖定（UVLO）：防止輸出驅(qū)動(dòng)器在低于UVLO閾值時(shí)開(kāi)啟，保護(hù)設(shè)備。
• 交叉電流保護(hù)：避免橋臂直通，提高可靠性。
• 故障輸出（僅A4952）：當(dāng)檢測(cè)到短路時(shí)，開(kāi)漏FLTn輸出信號(hào)變低。
• 可選重試（僅A4952）：通過(guò)RTRY引腳設(shè)置對(duì)OCP故障的響應(yīng)動(dòng)作。

2.2 封裝形式

A4952采用低外形10引腳MSOP封裝（后綴LY），A4953采用低外形8引腳SOICN封裝（后綴LJ）。兩種封裝都有外露散熱焊盤(pán)，且為無(wú)鉛封裝，引腳采用100%霧錫鍍層。

三、性能參數(shù)

3.1 絕對(duì)最大額定值

3.2 熱特性

3.3 電氣特性

在 (T_{J}=25^{circ} C) （除非另有說(shuō)明）時(shí)，電氣特性如下：

• 負(fù)載電源電壓范圍： (V_{BB}) 為8 - 40 V。
• 導(dǎo)通電阻： (R{DS(on)}) （灌電流 + 源電流總和）在 (I{OUT} = |1.5 A|) 、 (T{J} = 25°C) 時(shí)為0.8 - 1.0 Ω；在 (I{OUT} = |1.5 A|) 、 (T_{J} = 125°C) 時(shí)為1.3 - 1.6 Ω。
• 負(fù)載電源電流： (I{BB}) 在 (f{PWM} < 30 kHz) 時(shí)為10 mA，低功耗待機(jī)模式下為10 μA。
• 體二極管正向電壓：源二極管 (V{f}) 在 (I{f} = –1.5 A) 時(shí)為1.5 V，灌二極管在 (I_{f} = 1.5 A) 時(shí)為1.5 V。

四、功能描述

4.1 設(shè)備操作

A4952和A4953通過(guò)內(nèi)部同步整流控制電路降低PWM操作期間的功耗。輸出全橋中的電流通過(guò)固定關(guān)斷時(shí)間的PWM控制電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，IN1和IN2輸入實(shí)現(xiàn)兩線控制。

4.2 待機(jī)模式

當(dāng)兩個(gè)輸入（INx）引腳低電平持續(xù)超過(guò)1 ms時(shí)，進(jìn)入低功耗待機(jī)模式。從待機(jī)模式恢復(fù)時(shí)，在向設(shè)備發(fā)出任何PWM命令之前，應(yīng)允許電荷泵達(dá)到其調(diào)節(jié)電壓（最大延遲30 μs）。

4.3 內(nèi)部PWM電流控制

初始時(shí)，一對(duì)對(duì)角的源極和漏極FET輸出開(kāi)啟，電流流經(jīng)電機(jī)繞組和可選的外部電流檢測(cè)電阻 (R{S}) 。當(dāng) (R{S}) 兩端的電壓等于比較器跳閘值時(shí)，電流檢測(cè)比較器復(fù)位PWM鎖存器，鎖存器關(guān)閉漏極和源極FET（混合衰減模式）。

4.4 過(guò)流保護(hù)

A4952的電流監(jiān)視器可保護(hù)IC免受輸出短路損壞。內(nèi)部過(guò)流保護(hù)（OCP）具有故障輸出（FLTn引腳）和重試輸入（RTRY引腳）功能。A4953的過(guò)流保護(hù)行為類(lèi)似，但故障被鎖存，只能通過(guò)進(jìn)入待機(jī)模式或?qū)?(V_{BB}) 進(jìn)行電源循環(huán)來(lái)復(fù)位。

4.5 關(guān)機(jī)

當(dāng)管芯溫度升高到約160°C時(shí)，全橋輸出將被禁用，直到內(nèi)部溫度降至滯后溫度 (T{TSDhys }) （20°C）以下。 (V{BB}) 上的內(nèi)部UVLO可防止輸出驅(qū)動(dòng)器在低于UVLO閾值時(shí)開(kāi)啟。

4.6 制動(dòng)

制動(dòng)功能通過(guò)在慢衰減模式下驅(qū)動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)，即在橋臂使能斬波命令后，將兩個(gè)輸入設(shè)置為邏輯高電平。這種配置可有效短路電機(jī)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，最大電流可近似為 (V{BEMF} / R{L}) 。

4.7 同步整流

當(dāng)內(nèi)部固定關(guān)斷時(shí)間周期觸發(fā)PWM關(guān)斷周期時(shí)，負(fù)載電流將進(jìn)行再循環(huán)。A4952/A4953的同步整流功能在電流衰減期間開(kāi)啟適當(dāng)?shù)腄MOSFET，有效短路體二極管，降低功耗。當(dāng)檢測(cè)到零電流水平時(shí)，同步整流關(guān)閉，防止負(fù)載電流反轉(zhuǎn)。

4.8 混合衰減操作

橋臂在混合衰減模式下工作。當(dāng)達(dá)到跳閘點(diǎn)時(shí)，設(shè)備在固定關(guān)斷時(shí)間周期的50%內(nèi)進(jìn)入快速衰減模式，然后在剩余時(shí)間內(nèi)切換到慢衰減模式。在從快速衰減到慢衰減的過(guò)渡期間，驅(qū)動(dòng)器在交叉延遲 (t_{COD}) 期間被強(qiáng)制關(guān)閉，以防止橋臂直通。

五、應(yīng)用信息

5.1 檢測(cè)引腳（LSS）

為了使用PWM電流控制，在LSS引腳和地之間放置一個(gè)低值電阻用于電流檢測(cè)。為了最小化檢測(cè)輸出電流水平時(shí)的地跡線IR降，電流檢測(cè)電阻應(yīng)具有獨(dú)立的接地返回至星型接地點(diǎn)，且該跡線應(yīng)盡可能短。選擇檢測(cè)電阻值時(shí)，要確保在最大負(fù)載下LSS引腳的最大電壓不超過(guò)±500 mV。

5.2 接地

星型接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近A4952/A4953。設(shè)備外露散熱焊盤(pán)正下方的銅接地平面是星型接地點(diǎn)的理想位置，可將外露焊盤(pán)連接到地。

5.3 布局

PCB應(yīng)具有厚接地平面。為了獲得最佳的電氣和熱性能，A4952/A4953必須直接焊接到電路板上。A4952/A4953封裝的底面有一個(gè)外露焊盤(pán)，可提供增強(qiáng)的散熱路徑。熱過(guò)孔用于將熱量傳遞到PCB的其他層。負(fù)載電源引腳 (V_{BB}) 應(yīng)使用一個(gè)電解電容（通常為100 μF）與一個(gè)較低值的陶瓷電容并聯(lián)進(jìn)行去耦，且電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備放置。

六、總結(jié)

A4952和A4953全橋DMOS PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有豐富的功能和出色的性能，適用于各種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇封裝形式、設(shè)置電流限制、優(yōu)化布局等，以確保驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，要注意遵循絕對(duì)最大額定值和熱特性要求，避免設(shè)備損壞。你在使用這兩款驅(qū)動(dòng)器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。