激光打印，電動(dòng)工具等無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MS4931應(yīng)用于替代

鑫邦旺電子科技 · 發(fā)表于 2022-5-11 23:11:41

MS4931描述

MS4931 為一款三相無(wú)刷電機(jī)的預(yù)驅(qū)動(dòng)芯片，最高工作電壓可達(dá) 35V，能適用驅(qū)動(dòng)寬范圍的 N 溝功率 MOSFET。芯片具有堵轉(zhuǎn)保護(hù)，過(guò)溫保護(hù)，以及同步整流等功能。內(nèi)部同步整流可以使得芯片處于衰減期時(shí)通過(guò)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(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(yùn)用于需要大電流的電機(jī)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。

特點(diǎn)

驅(qū)動(dòng) 3 組共 6 個(gè) N 型功率管

同步整流，停機(jī)模式，低功耗

低壓保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)

HALL 原件輸入

PWM 控制電流，正、反轉(zhuǎn)工作模式，可切換

死區(qū)時(shí)間保護(hù)

FG 輸出

5V 穩(wěn)壓輸出

鎖機(jī)檢測(cè)保護(hù)

應(yīng)用

激光打印器

復(fù)印機(jī)

電動(dòng)工具

大型家電

監(jiān)控?cái)z像頭

替代方案

MS4931 pin=pin A4931

MS4931封裝圖

管腳圖

內(nèi)部框圖

功能描述

驅(qū)動(dòng)模塊

芯片采用一種直接的 PWM 驅(qū)動(dòng)方式減小功耗，PWM 通過(guò)調(diào)整輸出模塊上臂管的關(guān)斷來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度由其占空比決定。

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

過(guò)流保護(hù)

過(guò)流保護(hù)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(cè)電阻)，公式為 Ilimit=0.2/Rsense。電路通過(guò)減小輸出導(dǎo)通占空比來(lái)限制輸出電流。

過(guò)流保護(hù)電路在檢測(cè) PWM 工作中在二極管中流過(guò)的反向電流時(shí)擁有一個(gè) 1.2u 左右的操作延時(shí)，從而防止限流電路工作異常。如果電機(jī)繞組的內(nèi)阻或電感太小，在啟動(dòng)時(shí)（電機(jī)中沒(méi)有反向電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生），電流將會(huì)快速變化。這個(gè)工作延時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致限流在大于設(shè)定值時(shí)才發(fā)生。因此在設(shè)定限流值時(shí)，有必要考慮延時(shí)引起的增加。

注意在限流電路中 PWM 頻率，是由內(nèi)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(guò)調(diào)節(jié) PWM 波的占空比來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)速度。ENABLE 為 0 時(shí)為 ON 態(tài)，ENABLE 為 1 時(shí)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(dāng) ENABLE 持續(xù)高電平，芯片會(huì)判定占空比為 0，會(huì)導(dǎo)致 CLD 電路計(jì)數(shù)重置并且 HB 腳的輸出為 0。

CLD 保護(hù)電路

MS4931 包含有一個(gè)抑制保護(hù)電路，當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)但 HALL 信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間不變化時(shí)電路開始工作。當(dāng) CLD 電路工作時(shí)所有輸出上臂管全部關(guān)斷。

低壓保護(hù)

MS4931 通過(guò)結(jié)合一比較器使用帶隙電壓作基準(zhǔn)進(jìn)行比較，電路檢測(cè) 5.6V 的 HBIAS 電壓，當(dāng)BRAKEZ 為低且 HBIAS 電壓低于 4.15V 時(shí)，所有輸出晶體管將被關(guān)斷。

為使 HBIAS 電壓在 4.15V 附近不出現(xiàn)振蕩，設(shè)置有 0.3V 的遲滯。因此，當(dāng) HBIAS 電壓恢復(fù)到 3.2V時(shí)，低壓保護(hù)電路才會(huì)關(guān)閉，所有輸出管恢復(fù)工作。

過(guò)溫保護(hù)

當(dāng)芯片結(jié)溫超過(guò) 154°C 時(shí)，過(guò)溫保護(hù)電路被激活，關(guān)斷所有輸出管。當(dāng)溫度恢復(fù)到遲滯溫度 40°C時(shí)，所有輸出管恢復(fù)工作。

但是，由于過(guò)溫保護(hù)僅僅在芯片結(jié)溫超過(guò)設(shè)定值才會(huì)被激活，它并不能保證產(chǎn)品伴隨這個(gè)電路就能免受破壞。

HALL 輸入信號(hào)

幅度超過(guò)遲滯（最大 35mV）的 HALL 信號(hào)可以被識(shí)別，但考慮到噪聲效應(yīng)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(duì)地電容。在 CLD 保護(hù)電路中 HALL 輸入作為一個(gè)判斷信號(hào)。雖然電路能無(wú)視大量的噪聲，但關(guān)注時(shí)有必要的。HALL 信號(hào)同時(shí)為 HHH 或者 LLL 時(shí)被認(rèn)為是錯(cuò)誤態(tài)，將關(guān)閉所有輸出管。

如果使用到 HALL 芯片，在一端固定（無(wú)論正負(fù)）一個(gè)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(shí)，幾乎所有電路都被關(guān)斷，以減少功耗。當(dāng)使用 HALL 偏置腳時(shí)，節(jié)電模式的電流消耗將近為 900uA。即使在結(jié)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(chǎn)生大的輸出電流，并且采用一種開關(guān)驅(qū)動(dòng)的方式，電源線勢(shì)必會(huì)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(gè)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(gè)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(guò)電荷泵被逐步抬升，以提供高端管的柵電壓。電壓是通過(guò)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(guān)系：

CG = CP =1uF

CP 上充放電頻率為 50KHZ，當(dāng) CP 電容很大時(shí) VG 將會(huì)被抬升。可是當(dāng)電容太大，充放電將變的沒(méi)有效率，VG 充電時(shí)間也就會(huì)很長(zhǎng)。

使用須知

芯片具有同步整流功能，可以提高驅(qū)動(dòng)效率。同步整流開始發(fā)揮作用，利用下臂管導(dǎo)通，相比寄生的二極管續(xù)流大大減小了熱量的產(chǎn)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(hù)芯片，確保電源電壓上升也不會(huì)超過(guò)絕對(duì)最大參數(shù)，包括：