AT8870

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 Page 1 of 12 09/2017, V0.1 AT8870 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 Page 2 of 12 内容 初始版本 09/2017, V0.1 AT8870 单通道刷式直流电机驱动芯片 功能结构框图 Page 3 of 12 09/2017, V0.1 AT8870 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。 Page 4 of 12 09/2017, V0.1 V AT8870 单通道刷式直流电机驱动芯片 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 Page 5 of 12 5 6 09/2017, V0.1 A AT8870 单通道刷式直流电机驱动芯片 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 Page 6 of 12 ℃ ℃ 09/2017, V0.1 AT8870 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 Page 7 of 12 09/2017, V0.1 AT8870 单通道刷式直流电机驱动芯片 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 Page 8 of 12 09/2017, V0.1 AT8870 单通道刷式直流电机驱动芯片 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。 Page 9 of 12 09/2017, V0.1 AT8870 单通道刷式直流电机驱动芯片 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℃。 Page 10 of 12 09/2017, V0.1 AT8870 单通道刷式直流电机驱动芯片 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 Page 11 of 12 09/2017, V0.1 AT8870 单通道刷式直流电机驱动芯片 封装信息 SOP8 with exposed thermal pad Page 12 of 12 09/2017, V0.1