AT8870
单通道刷式直流电机驱动芯片
描述
特点
AT8870是一款刷式直流电机驱动器,适用于打印机、电器、
●单通道H桥电流控制电机驱动器
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
●宽电压供电,6.5V-38V
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
●低RDS(ON)电阻
制电机。利用电流衰减模式,可通过对输入进行脉宽调制(PWM)
●3.6A峰值驱动输出,2A持续输出能力
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
●PWM电流整流/限流
将进入低功耗休眠模式。
●支持低功耗休眠模式
AT8870集成电流限制功能,该功能基于模拟输入VREF 以及
●过温关断电路
ISEN 引脚的电压。该器件能够将电流限制在某一已知水平,这
●短路保护
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
●欠压锁定保护
压,尤其是在电机启动和停转时。
●自动故障恢复
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
封装形式
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
SOP8 with PAD
型号选择
产品型号
AT8870
封装
SOP8-PP
包装
料管,100颗/管;卷带,5k/盘
典型应用原理图
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单通道刷式直流电机驱动芯片
日期
2017.09
版本更新记录
版本
V0.1
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内容
初始版本
09/2017, V0.1
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单通道刷式直流电机驱动芯片
功能结构框图
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单通道刷式直流电机驱动芯片
电路工作极限 at Ta = 25°C
Parameter
Symbol
Conditions
Ratings
Unit
功率电源
VM
-0.3 – 40
V
输出峰值电流
IPEAK
±3.6
A
逻辑输入电压
VIN
-0.7 to 7
V
Sense 电压
VSENSE
-0.3 to 0.5
V
工作温度
TA
-40 to 85
°C
最大结温
TJ(max)
150
°C
储藏温度
Tstg
-55 to 150
°C
Range S
推荐工作条件 at Ta = 25°C
Min
NOM
Unit
V
功率电源
VM
6.5
连续输出电流
IOUT
0
峰值输出电流
IPEAK
0
逻辑输入电压
VIN
0
逻辑输入频率
fPWM
0
100
0.5
5
参考电压
VREF
-
Max
38
A
2
3.6 A
-
V
5.75
kHZ
(1) 芯片大电流工作时,做好芯片散热。
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V
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电特性 at Ta = 25°C, VM= 24 V
PARAMETER
TEST CONDITIONS
MIN
TYP
MAX
UNIT
POWER SUPPLY
IVM
VM 静态工作电流
fPWM < 50 kHz
4
10
mA
IVMQ
VM 休眠电流
IN1=IN2=L
10
20
uA
VUVLO
VM 欠压锁定值
VM rising
6.3
6.5
V
VHYS
VM 欠压迟滞
tON
开启时间
200
mV
VM> VUVLO, and IN1 or IN2 high
LOGIC-LEVEL INPUTS
VIL
逻辑输入低电压
0.5
VIH
逻辑输入高电压
VHYS
逻辑输入迟滞
IIL
逻辑输入电流_低电平
VIN = 0
IIH
逻辑输入电流_高电平
VIN = 3.3 V
Rpd
输入内部下拉电阻
Other
tDEG
输入防抖动延迟
tSLEEP
进入 SLEEP 状态延迟
1.5
0.7
V
5.25
V
0.45
-20
V
20
uA
100
uA
100
kΩ
450
ns
1
1.5
ms
H-BRIDGE FETS
高侧 FET 导通电阻
I O = 1A,TJ = 25°C
200
RDS(ON)
低侧 FET 导通电阻
I O = 1A,TJ = 25°C
150
IOFF
输出关断漏电流
-1
mΩ
1
uA
MOTOR DRIVER
toFF
电流衰减时间
Internal PWM OFF-TIME
28
us
tR
上升时间
VM =24V, 22Ω to GND, 10% to 90%
180
ns
tF
下降时间
VM =24V, 22Ω to GND, 10% to 90%
150
ns
tDEAD
死区时间
500
ns
AISEN
ISEN 电流增益
10
V/V
tBLANK
消隐时间
2
us
PROTECTION CIRCUITS
IOCP
4.5
过流峰值
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5
6
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A
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tDEG
OCP 防抖动延时
tRETRY
过流重复周期
TSD
过温阈值
THYS
过温迟滞
Die temperature
150
1.5
us
3
ms
160
180
40
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℃
℃
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单通道刷式直流电机驱动芯片
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。
IN1
IN2
OUT1
OUT2
说明
0
0
Z
Z
滑行,休眠
1
0
H
L
正向
0
1
L
H
反向
1
1
L
L
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
IN1
IN2
FUNCTION
PWM
0
Forward PWM, fast decay
1
PWM
Forward PWM, slow decay
0
PWM
Reverse PWM, fast decay
PWM
1
Reverse PWM, slow decay
下图显示了在不同驱动和衰减模式下的电流通路。
Drive and Decay Modes
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Current Control
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:
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。
电流衰减时序
当电流达到 ITRIP,H 桥的两个下管打开,维持一个 tOFF 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。
死区时间
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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。
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电路应用信息
单路刷式 DC 电机控制
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/ITRIP 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℃。
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管脚定义
TOP VIEW
SOP8-PP
管脚列表
NAME
PIN
Pin
EXTERNAL COMPONENTS
Description
OR CONNECTIONS
POWER AND GROUND
GND
1
芯片地
GND管脚和芯片裸焊盘接到电源地。
PPAD
-
VM
5
芯片电源
芯片电源和电机电源,做好电源滤波。
IN1
3
逻辑输入
控制H桥输出状态,内置下拉电阻
IN2
2
VREF
4
H桥参考电压输入
参考电压输入,来设定驱动峰值电流
ISEN
7
H桥 ground / Isense
H桥检流端,接检流电阻到地,若不需要限流,直接接地。
OUT1
6
H桥输出 1
H桥输出,
OUT2
8
H桥输出 2
定义正向电流为 OUT1 → OUT2
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封装信息
SOP8 with exposed thermal pad
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