A4954雙全橋DMOS PWM電機驅(qū)動器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

在電機驅(qū)動領(lǐng)域，一款性能出色的驅(qū)動器對于電機的穩(wěn)定運行和高效控制至關(guān)重要。今天我們就來深入了解一下Allegro公司的A4954雙全橋DMOS PWM電機驅(qū)動器，探討它的特性、工作原理以及應(yīng)用設(shè)計中的要點。

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一、A4954概述

A4954專為兩個直流電機的脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制而設(shè)計，能夠提供高達±2A的峰值輸出電流，工作電壓可達40V。它采用16引腳TSSOP封裝，帶有外露散熱焊盤（后綴LP），具有低導(dǎo)通電阻（(R_{DS (on) })）輸出，可有效降低功耗。

二、主要特性與優(yōu)勢

（一）低導(dǎo)通電阻輸出

A4954的輸出采用低 (R_{DS (on) }) 的N溝道DMOS驅(qū)動器，能夠有效降低導(dǎo)通損耗，提高效率。這對于需要長時間運行的電機系統(tǒng)來說，能夠顯著降低功耗，延長電池續(xù)航時間。

（二）多重保護功能

1. 過流保護（OCP）：具備電機短路保護、電機引線接地短路保護和電機引線接電池短路保護等功能，能夠有效防止因短路故障對芯片造成損壞。當(dāng)檢測到短路時，芯片會鎖存故障并禁用輸出，只有通過退出低功耗待機模式或?qū)BB電源進行循環(huán)操作才能清除故障鎖存。
2. 內(nèi)部欠壓鎖定（UVLO）：可防止輸出驅(qū)動器在低于UVLO閾值的電壓下開啟，確保芯片在電壓不足時不會誤操作，保護芯片和電機。
3. 交叉電流保護：在橋路切換時，通過設(shè)置交叉延遲（(t_{COD})），防止橋路出現(xiàn)直通現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的可靠性。
4. 熱關(guān)斷保護：當(dāng)芯片溫度升高到約160°C時，全橋輸出將被禁用，直到內(nèi)部溫度下降到低于熱關(guān)斷滯后溫度（(T_{TSDhys})）15°C。

（三）低功耗待機模式

當(dāng)所有四個輸入（INx）引腳低電平持續(xù)超過1ms時，A4954將進入低功耗待機模式。在該模式下，大部分內(nèi)部電路（包括電荷泵和穩(wěn)壓器）將被禁用，以降低功耗。從待機模式恢復(fù)時，需要等待電荷泵達到穩(wěn)定電壓（最大延遲30μs）后再向設(shè)備發(fā)送PWM命令。

（四）可調(diào)PWM電流限制

通過選擇合適的電流檢測電阻 (R{Sx}) 和VREFx引腳的電壓，可以設(shè)置電流限制的最大值。最大電流限制值 (I{TripMAX }) 由公式 (I{TripMAX }=frac{V{REF}}{A{V} × R{S}}) 確定，其中 (V{REF}) 是VREFx引腳的輸入電壓，(R{S}) 是對應(yīng)LSSx端子上的檢測電阻阻值。

（五）同步整流

在PWM關(guān)斷周期內(nèi)，負(fù)載電流會進行續(xù)流。A4954的同步整流功能會在電流衰減期間開啟相應(yīng)的DMOSFET，利用低 (R_{DS (on) }) 驅(qū)動器短路體二極管，顯著降低功耗。當(dāng)檢測到電流為零時，同步整流功能將關(guān)閉，以防止負(fù)載電流反向。

三、規(guī)格參數(shù)

（一）選型指南

（二）絕對最大額定值

（三）熱特性

注：在最大條件下可能需要降額使用，更多熱信息可在Allegro網(wǎng)站查詢。

四、功能描述

（一）設(shè)備操作

A4954通過IN1 - IN2和IN3 - IN4輸入實現(xiàn)對兩個橋路的雙線控制，每個輸出全橋的電流由固定關(guān)斷時間的PWM控制電路進行調(diào)節(jié)。內(nèi)部同步整流控制電路可降低PWM操作期間的功耗。

（二）內(nèi)部PWM電流控制

初始時，一對對角的源極和漏極FET輸出被啟用，電流通過電機繞組和可選的外部電流檢測電阻 (R{Sx})。當(dāng) (R{Sx}) 兩端的電壓等于比較器的觸發(fā)值時，電流檢測比較器將重置PWM鎖存器，鎖存器關(guān)閉源極和漏極FET（混合衰減模式）。

（三）制動功能

制動功能通過在橋路啟用斬波命令后，將兩個通道的兩個輸入都設(shè)置為邏輯高電平，使設(shè)備工作在慢衰減模式來實現(xiàn)。這種配置可以有效短路電機產(chǎn)生的反電動勢（BEMF），最大電流可近似為 (V{BEMF} / R{L})。但在高速和高慣性負(fù)載的最壞制動情況下，需注意確保不超過設(shè)備的最大額定值。

（四）混合衰減操作

橋路工作在混合衰減模式。當(dāng)達到觸發(fā)點時，設(shè)備在固定關(guān)斷時間的50%內(nèi)進入快速衰減模式，之后切換到慢衰減模式。在從快速衰減到慢衰減的過渡期間，驅(qū)動器會在交叉延遲 (t_{COD}) 期間被強制關(guān)閉，以防止橋路出現(xiàn)直通現(xiàn)象。

五、應(yīng)用設(shè)計要點

（一）檢測引腳（LSSx）

為了實現(xiàn)PWM電流控制，需要在LSSx引腳和地之間放置一個低值電阻用于電流檢測。為了減少檢測輸出電流水平時的地跡IR降，電流檢測電阻應(yīng)具有獨立的接地返回至星型接地點，且該走線應(yīng)盡可能短。選擇檢測電阻值時，要確保在最大負(fù)載下LSSx引腳的電壓不超過±500mV。

（二）接地

星型接地點應(yīng)盡可能靠近A4954。設(shè)備外露散熱焊盤正下方的銅接地平面是星型接地點的理想位置，可將外露焊盤連接到地。

（三）布局

PCB應(yīng)具有厚的接地平面。為了實現(xiàn)最佳的電氣和熱性能，A4954必須直接焊接到電路板上。A4954封裝的底面有一個外露焊盤，可提供增強的散熱路徑，該焊盤必須直接焊接到PCB的外露表面以實現(xiàn)最佳熱傳導(dǎo)。同時，可使用熱過孔將熱量傳遞到PCB的其他層。負(fù)載電源引腳VBB應(yīng)使用一個電解電容（通常為100μF）與一個低阻值陶瓷電容并聯(lián)進行去耦，且電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備放置。

六、總結(jié)

A4954雙全橋DMOS PWM電機驅(qū)動器以其豐富的功能、出色的性能和可靠的保護機制，為直流電機控制提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體需求合理選擇參數(shù)，并注意PCB布局和接地等設(shè)計要點，以充分發(fā)揮A4954的優(yōu)勢。大家在使用A4954的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。