激光打印，電動工具等無刷直流電機驅動芯片MS4931應用于替代

鑫邦旺電子科技

MS4931描述

MS4931 為一款三相無刷電機的預驅動芯片，最高工作電壓可達 35V，能適用驅動寬范圍的 N 溝功率 MOSFET。芯片具有堵轉保護，過溫保護，以及同步整流等功能。內部同步整流可以使得芯片處于衰減期時通過打開合適的功率管從而降低功耗。

MS4931 提供使能,方向,剎車輸入腳，用于控制電流，邏輯輸入腳 FG1 和 FG2 可用于測量電機轉動情況.芯片工作溫度范圍-40°C105°C，采用 28 腳 QFN 封裝。

外置MOS工作電流可以做到10A以上，適合運用于需要大電流的電機驅動場合。

特點

驅動 3 組共 6 個 N 型功率管

同步整流，停機模式，低功耗

低壓保護和過溫保護

HALL 原件輸入

PWM 控制電流，正、反轉工作模式，可切換

死區(qū)時間保護

FG 輸出

5V 穩(wěn)壓輸出

鎖機檢測保護

應用

激光打印器

復印機

電動工具

大型家電

監(jiān)控攝像頭

替代方案

MS4931 pin=pin A4931

MS4931封裝圖

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管腳圖

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內部框圖

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功能描述

驅動模塊

芯片采用一種直接的 PWM 驅動方式減小功耗，PWM 通過調整輸出模塊上臂管的關斷來實現(xiàn)調節(jié)功能，電機的驅動強度由其占空比決定。

在正常的 PWM 關斷之時，同步整流開始發(fā)揮作用，下臂管導通，相比 LDMOS 寄生的二極管續(xù)流大大減小了熱量的產生。

過流保護

過流保護電路用于限制輸出電流的最大峰值，由 VREF 與 SENSE 腳的 Rsense 電阻決定(VREF=0.2，Rsense 為電流檢測電阻)，公式為 Ilimit=0.2/Rsense。電路通過減小輸出導通占空比來限制輸出電流。

過流保護電路在檢測 PWM 工作中在二極管中流過的反向電流時擁有一個 1.2u 左右的操作延時，從而防止限流電路工作異常。如果電機繞組的內阻或電感太小，在啟動時（電機中沒有反向電動勢的產生），電流將會快速變化。這個工作延時可能會導致限流在大于設定值時才發(fā)生。因此在設定限流值時，有必要考慮延時引起的增加。

注意在限流電路中 PWM 頻率，是由內置的振蕩器決定，大概 50kHZ。

速度控制方法

脈沖從 ENABLE 管腳輸入，可以通過調節(jié) PWM 波的占空比來調節(jié)電機速度。ENABLE 為 0 時為 ON 態(tài)，ENABLE 為 1 時為 OFF 態(tài)。

如果有必要使用反向邏輯，可以加入一額外的 NPN 管。當 ENABLE 持續(xù)高電平，芯片會判定占空比為 0，會導致 CLD 電路計數(shù)重置并且 HB 腳的輸出為 0。

CLD 保護電路

MS4931 包含有一個抑制保護電路，當電機正常運轉但 HALL 信號長時間不變化時電路開始工作。當 CLD 電路工作時所有輸出上臂管全部關斷。

低壓保護

MS4931 通過結合一比較器使用帶隙電壓作基準進行比較，電路檢測 5.6V 的 HBIAS 電壓，當BRAKEZ 為低且 HBIAS 電壓低于 4.15V 時，所有輸出晶體管將被關斷。

為使 HBIAS 電壓在 4.15V 附近不出現(xiàn)振蕩，設置有 0.3V 的遲滯。因此，當 HBIAS 電壓恢復到 3.2V時，低壓保護電路才會關閉，所有輸出管恢復工作。

過溫保護

當芯片結溫超過 154°C 時，過溫保護電路被激活，關斷所有輸出管。當溫度恢復到遲滯溫度 40°C時，所有輸出管恢復工作。

但是，由于過溫保護僅僅在芯片結溫超過設定值才會被激活，它并不能保證產品伴隨這個電路就能免受破壞。

HALL 輸入信號

幅度超過遲滯（最大 35mV）的 HALL 信號可以被識別，但考慮到噪聲效應以及相位偏移，至少大于 100mV 的幅度為最佳。為了減少輸出噪聲的干擾，可以在 HALL 輸入端接一對地電容。在 CLD 保護電路中 HALL 輸入作為一個判斷信號。雖然電路能無視大量的噪聲，但關注時有必要的。HALL 信號同時為 HHH 或者 LLL 時被認為是錯誤態(tài)，將關閉所有輸出管。

如果使用到 HALL 芯片，在一端固定（無論正負）一個共模電平范圍(0.3VHBIAS-1.7V)，允許另一端的電壓范圍可以為 0HBIAS。

節(jié)電模式

在 MS4931 處于 STOP 態(tài)時，幾乎所有電路都被關斷，以減少功耗。當使用 HALL 偏置腳時，節(jié)電模式的電流消耗將近為 900uA。即使在結電模式，芯片仍然具有 5V 的穩(wěn)定電壓輸出。并且，在節(jié)電模式下，芯片處于 Short Brake 態(tài)（低端管短接）。

電源穩(wěn)定性

芯片產生大的輸出電流，并且采用一種開關驅動的方式，電源線勢必會被輕易的干擾。為此，為保證電壓穩(wěn)定，需要在 VBB 和地之間接入一個足夠大的電容。電容地端接到 GND 上，盡可能的靠近管腳。如果不可能在 pin 腳上接入大電容，可在管腳附近接入 0.1uF 的陶瓷電容。

如果在電源線上嵌入一個二極管以防止電源線反接，電源線更容易被干擾，就需要更大的電容。

HBIAS 的穩(wěn)定性

HBIAS 是邏輯電路的電源，為了穩(wěn)定性，需要連接 0.1uF 或更大的電容。電容接地端需要連接到芯片的邏輯地(SGND)上。

電荷泵

電源電壓通過電荷泵被逐步抬升，以提供高端管的柵電壓。電壓是通過逐步抬升被 CP1 和 CP2 之間的電容 CP，然后在 VG 和 VBB 之間的電容 CG 上逐漸累積。CP 和 CG 的大小推薦以下關系：

CG = CP =1uF

CP 上充放電頻率為 50KHZ，當 CP 電容很大時 VG 將會被抬升。可是當電容太大，充放電將變的沒有效率，VG 充電時間也就會很長。

使用須知

芯片具有同步整流功能，可以提高驅動效率。同步整流開始發(fā)揮作用，利用下臂管導通，相比寄生的二極管續(xù)流大大減小了熱量的產生�？墒�，同步整流可能引發(fā)電源電壓的上升，比如以下情況：

輸出占空比突然減少

ENABLE 輸入頻率突然降低

必須采取有效措施去保護芯片，確保電源電壓上升也不會超過絕對最大參數(shù)，包括：

電源到地的大電容的選擇

電源到地的二極管的接入

典型應用圖

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1. 在任何環(huán)境下都不能超過芯片的絕對參數(shù)；

2. 流過大電流的 VBB，以及各個輸出腳在版圖布線時盡可能的寬和短；

3. VBB 的旁路電容，特別是陶瓷電容的連接應該盡可能的靠近芯片 VBB 腳；

4. HBIAS 被作為芯片的基準電壓，需要使用電容連接在 HBIAS 和 GND 之間用來穩(wěn)定 HBIAS。因此，該電容需要盡可能的靠近 HBIAS 腳。

5. 連接電機的地線以及 MCU 的地區(qū)域在版圖設計中需要隔離；

6. HBIAS 不推薦被用于周邊電路，因為精度并不高。