STM32 MCUBLDC

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配备嵌入式 STM32 MCU 的高级 BLDC 控制器每个供电电源上都有 UVLO 保护 : V M V DD V REG 和 V BOOTx 通过 SWD 进行片上调试支持扩展的温度范围 :-40 至 +125 C 应用数据手册 - 生产数据特性工作电压范围为 8V 到 45V 三相栅极驱动器 600 ma 灌 / 拉集成自举二极管防交叉传导 32 位 ARM Cortex

1 配备嵌入式 STM32 MCU 的高级 BLDC 控制器每个供电电源上都有 UVLO 保护 : V M V DD V REG 和 V BOOTx 通过 SWD 进行片上调试支持扩展的温度范围 :-40 至 +125 C 应用数据手册 - 生产数据特性工作电压范围为 8V 到 45V 三相栅极驱动器 600 ma 灌 / 拉集成自举二极管防交叉传导 32 位 ARM Cortex -M0 内核 : 时钟频率高达 48 MHz 4 K 字节 SRAM, 带硬件奇偶校验 32 KB Flash 存储器, 具有用于写 / 读保护的选项字节 3.3.V 直流 / 直流降压稳压器, 具有过电流短路和热保护功能具有热保护功能的 12 V LDO 线性稳压器 16 个通用 I/O 端口 (GPIO) 5 个通用定时器 12 位 ADC 转换器 ( 多达 9 个通道 ) I 2 C USART 和 SPI 接口 4 个用于信号调节的轨到轨运放可编程阈值的过电流保护比较器 3FG 漏极开路输出, 提供 3 个霍尔传感器输入的解码结果低功耗待机模式厨房机器人便携式真空吸尘器干手器和空气净化器无人机和航空模型电动工具工业和教育机器人家电和空调风扇 2017 年 10 月 DocID Rev 1 [English Rev 2] 1/40 这是关于全面投产产品的信息

2 目录目录 1 说明框图电气数据绝对最大额定值 ESD 保护建议工作条件热数据电气特性引脚说明器件说明 UVLO 和热保护供电电压上的 UVLO 热保护直流 / 直流降压稳压器外部可选 3.3 V 供电电压线性稳压器待机模式栅极驱动器微控制器单元存储器和自举模式电源管理高速外部时钟源高级控制定时器 (TIM1) 测试模式运放比较器 FG_PA7 输出功能 ESD 保护策略 /40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

3 目录 7 应用程序示例封装信息 VFQFPN48 7 x 7 封装信息订购信息版本历史 DocID Rev 1 [English Rev 2] 3/40 40

4 说明 1 说明是提供集成解决方案的系统封装, 适用于使用不同驱动模式驱动三相 BLDC 电机其嵌入了三半桥栅极驱动器, 可以提供 600mA 电流 ( 灌电流和拉电流 ), 驱动 MOSFET 或 IGBT 由于集成的互锁功能, 同一半桥的高侧和低侧开关不能同时被驱动到高电平内部直流 / 直流降压转换器提供 3.3 V 电压, 适合为 MCU 和外部元件供电内部 LDO 线性稳压器为栅极驱动器提供供电电压集成的运放可用于模拟霍尔效应传感器和分流电阻信号的信号调节通过集成具有可编程阈值的比较器来执行过电流保护集成的 MCU( 具有扩展温度范围的 STM32F031C6, 后缀为 7 版本 ) 可以执行磁场定向控制 6 步无传感器和其他高级驱动算法, 包括速度控制环其具有写保护和读保护功能, 可防止嵌入式 Flash 存储器不必要的写入和 / 或读取器件还具有过温保护和欠压锁定保护功能, 可以进入待机模式, 降低功耗该器件提供 16 个能耐 5 V 电压的通用 I/O 端口 (GPIO) 一个多达 9 个通道的 12 位模数转换器, 在单次捕捉或扫描模式下执行转换 5 个通用同步定时器并支持易于使用的调试串行接口 (SWD) 4/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

5 框图 2 框图图 1. 系统封装框图 HS VREG12 LS HS VREG12 VREG12 VREG12 LS VREG12 HS VREG12 LS VBOOTU HSU OUTU LSU VBOOTV HSV OUTV LSV VBOOTW HSW OUTW LSW VREG 12V Control logic gate driver VREG12 COMP ADJ REF OC Comp VM 12 V VREG 2 6 OPAMP OP1P OP1N OP1O SW VM PA13_SWD_IO VM to VDDA 3.3 V Control DC/DC buck conv. OC comp threshold select OC_SEL 3FG Hall decoding logic COMP VREF COMP VREF COM P VREF 3FG_HiZ OPAMP OPAMP OPAMP OP2P OP2N OP2O OP3P OP3N OP3O OP4P OP4N OP4O 3FG_PA7 3.3 V GND Connected to EPAD PA14_SWD_CLK PB6 PB7 VDD PA14 PA15 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 BOOT0 PB8 PB9 VSS VDD VBAT PF7 PF6 PA13 PA12 PA11 PA10 PC13 PC14 PC15 PF0 PF1 STM32 NRST VSSA PA9 PA8 PB15 PB14 PB13 PB12 VDDA PA0 PA1 PA2 PA3 VDD VSS PB11 PB10 PB2 PB1 PB0 PA7 PA6 PA5 PA4 TESTMODE PB1 PA6 PA5 PA4 PF0 PF1 NRST VDDA PA0 PA1 PA2 PA3 AM039972V1 DocID Rev 1 [English Rev 2] 5/40 40

6 框图图 2. 模拟 IC 框图 VDD_3V3 VBOOTU HSU OUTU OC_TH_STBY1 OC_TH_STBY2 SWDIO_INT 3FG_HIZ OC_SEL HS3 HS2 HS1 LS3 LS2 LS1 OC_COMP_INT LSU VBOOTV HSV OUTV LSV VDD TEST MODE GND VBOOTW HSW OUTW LSW 3FG _ PA7 OP4O OP4N OP4P OP3O OP3N OP3P OP2O OP2N OP2P OP1O OP1N OP1P OC Comp PA13_SWD_IO VM SW VREG V VM VM 12 V VREG VREG12 VREG12 Control DC/DC buck conv. HS 12 V OC comp. threshold select OC_SEL 3FG Hall decoding logic 6 2 Control logic gate driver VREG12 LS HS 12 V LS 3FG_HiZ 3.3 V COMP VR EF OPAMP COMP VR EF OPAM P COMP VR EF OPAMP OPAMP COM P ADJ REF VREG12 HS 12 V LS AM /40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

7 电气数据 3 电气数据 3.1 绝对最大额定值如果加在器件上的载荷超过表 1 中列出的绝对最大额定值, 则可能导致器件永久损坏长期工作在最大额定值条件下可能会影响器件的可靠性表 1. 绝对最大额定值符号参数测试条件值单位 V M 电源供电电压至 48 V V VREG12 短接至 REG12 线性稳压器输出和栅极驱动器供电电压 15 V VM V OPP 运放正输入电压至 V DD +0.2 V V OPN 运放负输入电压至 V DD +0.2 V V CP 比较器输入电压 - -2 至 2 V V 3FG 3FG 输出电压至 V DD +0.3 V I 3FG 3FG 输出灌电流 - 8 ma V HS 高侧栅极输出电压 - V OUT 至 V BOOT V V LS 低侧栅极输出电压至 V REG V V BOOT 限幅电压 - 最大值 (V OUT 或 -0.3) 至最小值 ('V OUT + V REG ' 或 60) V V OUT 输出电压 (OUTU OUTV OUTW) - -2 至 V M + 2 V dv OUT /dt 输出转换速率 - ± 10 V/ns V IO MCU 逻辑输入电压 TTa 类型 -0.3 至 4 V 逻辑输入电压 (1) FT FTf 类型 -0.3 至 V DD + 4 (2) V I IO MCU I/O 输出电流 (1) -25 至 25 ma SI IO MCU I/O 总输出电流 (1), (3) -80 至 80 ma V DD MCU 数字供电电压 (1) -0.3 至 4 V V DDA MCU 模拟供电电压 (1) -0.3 至 4 V T stg 存储温度至 150 C T j 工作结温范围至 150 C 1. 若需更多信息, 请参见表 15 STM32F031C6 数据手册中的电压特性 ( 后缀为 7 版本 ) 2. 只有禁用内部上拉 / 下拉电阻时才有效如果启用了内部上拉或下拉电阻, 最大限制为 4 V 3. 如果 MCU 供电电压由集成的直流 / 直流稳压器提供, 则该应用电流消耗受限于 I DDA,max 值 ( 请参见表 5) DocID Rev 1 [English Rev 2] 7/40 40

8 电气数据 3.2 ESD 保护表 2. ESD 保护额定值符号参数测试条件分类值单位 HBM 人体模型符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS H2 2 kv CDM 充电设备模型符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS C2 750 V 3.3 建议工作条件表 3. 建议工作条件最小符号参数测试条件值 V M 电源供电电压 - 8 (1) 1. UVLO 阈值 V Mon_max 2. V BO = V BOOT - V OUT. 3. 请参见 STM32F031C6 数据手册 ( 后缀为 7 版本 ) 典型值最大值单位 - 45 V dv M /dt 电源供电电压斜率 V M = 45 V V/µs V DDA 直流 / 直流稳压器输出电压 V L SW 输出电感 µh C DDA 输出能力 µf ESR DDA 输出电容 ESR mω V 线性稳压器输出和栅极驱动器供电电 13 < V M < 45 V REG12 V 压短接至 VM 8 (1) - 15 C REG 负载电容 µf ESR REG ESR 负载电容 W V BO (2) 浮动供电电压 - - V REG V V CP 比较器输入电压 V T j 工作结温范围模拟 IC C MCU (3) C 3.4 热工数据 (1) 表 4. 热工数据符号参数值单位 R th (JA) 热阻 ( 结到环境 ) 45.6 C/W 1. 通过仿真以下边界条件进行计算 2s2p 板符合自然对流的 std.jedec (JESD51-7) 标准板子尺寸 :114.3 x 76.2 x 1.6 mm 环境温度 :25 C 8/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

9 电气特性 4 电气特性除非另有说明, 否则测试条件为 :V M = 15 V;V DD = 3.3 V 典型值在 T j = 25 C 下进行测试, 除非另有说明, 否则在 -40 至 125 C 的温度范围内通过热特性来保证最小值和最大值表 5. 电气特性符号参数测试条件供电电源和待机模式最小值典型值最大值单位 I M V M 电流消耗 V M = 45 V;V DD = 3.5 V, 外部供电待机 PF7 = '0' PF6 = '0 V M = 45 V;V DD = 3.5 V, 外部供电 ma ma V MOn V CCL UVLO 导通阈值 V M 从 0 V 开始升高 V V MOff V M UVLO 关断阈值 V M 从 8 V 开始下降 V V MHys V M UVLO 阈值滞回电压 V I DD V DD 电流消耗 V DD = 3.5 V, 外部供电 (1) 待机 PF7 = '0' PF6 = '0' (1) V DD = 3.5 V, 外部供电 V DD = 3.5 V, 外部供电 (1) I DDA V DDA 电流消耗待机 PF7 = '0' PF6 = '0' µa (1) V DD = 3.5 V, 外部供电 V DDOn V DD UVLO 导通阈值 V DD 从 0 V 开始升高 V V DDOff V DD UVLO 关断阈值 V DD 从 3.3 V 开始下降 V V DDHys V DD UVLO 阈值滞回电压 V ma I REG12 V REG 电流消耗 V REG = 13 V, 外部供电,V M = 45 V; 未换向 µa 待机 PF7 = '0' PF6 = '0' V REG = 13 V, 外部供电 V REG12On V REG12 UVLO 导通阈值 V REG12 从 0 V 开始升高 V V REG12Off V REG12 UVLO 关断阈值 V REG12 从 8 V 开始下降 V V REG12Hys V REG12 UVLO 阈值滞回电压 V I BOOT V BO 电流消耗 V BO 上的 HS = 13 V µa V BOOn V BO UVLO 导通阈值 V BO 从 0 V 开始升高 V V BOOff V BO UVLO 关断阈值 V BO 从 8 V 开始下降 V V BOHys V BO UVLO 阈值滞回电压 V t sleep 待机设定时间 µs DocID Rev 1 [English Rev 2] 9/40 40

10 电气特性 DC/DC 开关调节器表 5. 电气特性 ( 续 ) 符号参数测试条件最小值典型值最大值单位 V M 输入供电电压 - 8 (2) - 45 V V PWR_OK 供电电压正常 V V DDA 平均输出电压 (3) V I DDA 输出电流 DC; 含 MCU 电流消耗 ma 开路,V f SW 最大 SW 开关频率 DDA 浮动 khz I SW = 100 ma R SWDS(ON) 导通电阻 I SW = 200 ma Ω h 效率 V M = 8 V;I DDA = I DDA,max (3) % I SW,peak 峰值电流阈值 ma I OVC 锁断的过电流阈值 A t SS 软启动时间 ms 线性稳压器 V REG12 线性稳压器输出和栅极驱动器供电电压 V M = V I O = 10 ma (4) V V REG12,drop 压降 V M = 8 11 V, I O = 10 ma mv I REG12,lim 线性稳压器电流限制 V M = 13 V ma 栅极驱动器 I SI T J = 25 C ma 最大灌电流 / 拉电流能力 I SO 全温度范围 ma R PDin 输入线下拉电阻 kω t on t off 输入到输出传播时延 (5) ns MT 延时匹配,HS 和 LS 接通 / 关断 (6) ns R DS_diode 自举二极管导通电阻 Ω 运算放大器 V OPio V icm 输入共模电压范围 V DD V V OPio 输入偏移电压 V out = 1.65;T j = 25 C mv V out = 1.65; 全温度范围 mv I OPio 输入偏移电流 V out = 1.65 (7) pa I OPib 输入偏置电流 (7) pa CMRR 共模抑制比 0 至 3.3 V;V out = 1.65 V db A OL 开环增益 R L = 10 kω;v out = db 10/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

11 电气特性表 5. 电气特性 ( 续 ) 符号参数测试条件最小值典型值最大值单位 V DD - V OH 高电平输出电压 R L = 10 kω (8) mv V OL 低电平输出电压 R P = 4.7 kω mv I OUT GBP 输出灌电流输出拉电流增益带宽产品 V out = 3.3 V;T j = 25 C ma V out = 3.3 V; 全温度范围 V out = 0 V;T j = 25 C ma V out = 0 V; 全温度范围 R L = 2 kω;c L = 100 pf V out = MHz 增益稳定性的最小增益相位裕度 = V < V out < V DD V/V SR 电压转换率 R L = 2 kω;c L = 100 pf V in 1 至 2 V 步进 V/µs OC 比较器 OC th 过电流阈值 PF6 = '0' PF7 = '1' mv PF6 = '1' PF7 =' 0' mv PF6 = '1' PF7 = '1' mv t CPD 比较器传播时延 OC th = 0.5 V; OC_Comp: 电压从 0 步进至 1 V ns t OCdeglitch t OCrelease 3FG 电路比较器输入消隐滤波器时间最小过电流锁断释放脉冲宽度 (9) ns (9) ns V REF- 3FG 比较器参考电压 V DD = 3.3 V 1.55 V DD / V t 3FGD 3FG 比较器传播时延 PA12 = '1' (10) ns V 3FGL 低电平 3FG 输出 I sink = 8 ma V 热保护 T SD 热关机温度 C T hys 热关机滞回电压 C 1. 电流消耗取决于微控制器中加载的固件 2. UVLO 阈值 V Mon_max 3. 使用 47 mf 电容 (APXG250ARA470MF61G) 22 mh 电感 (MLF1608C220KTA00) 和二极管 1N4448TR 4. 使用 11 < V M < 13 V 时, 线性输出电压可以为 VREG12 或 VM-VREG12, 下降, 这取决于线性稳压器是否已接通或关断 5. 图 3 6. MT = 最大值 ( t on(lvg) - t off(lvg), t on(hvg) - t off(hvg), t off(lvg) - t on(hvg), t off(hvg) - t on(lvg) ). 7. 设计保证 8. I OUT 测试保证 DocID Rev 1 [English Rev 2] 11/40 40

12 电气特性 9. 请参见图 16 第 31 页 10. 3FG 电路启用参数在有源漏极开路边沿 ( 下降沿 ) 上测量图 3. 栅极驱动器时间 LS1 (2) (3) HS1 (2) (3) 50% 50% 90% LSU (V) (W) HSU (V) (W) 10% t on t off AM /40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

13 引脚说明 5 引脚说明图 4. SiP 引脚连接 ( 顶视图 ) OP4N 2 EPAD 35 OP4O NRST PA PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 3FG_PA7 PB1 TESTMODE OP1O OP1N OP1P OC_Comp VDD OP3O OP3N OP3P GND OP2O OP2N OP2P PB7 PB6 PA14_SWD_CLK PA13_SWD_IO OP4P LSU VBOOTU OUTU PF0 HSU PF1 LSV VREG12 VBOOTV OUTV VM HSV SW LSW VDDA VBOOTW PA0 OUTW HSW AM 表 6. SiP 引脚说明 (1) 不允许名称类型功能 1 OP4P 模拟输入运放 4 非反相输入 2 OP4N 模拟输入运放 4 反相输入 3 OP4O 模拟输出运放 4 输出 4 PF0 数字输入 MCU PF0 5 PF1 数字输入 MCU PF1 6 VREG12 电源 12 V 线性稳压器输出 DocID Rev 1 [English Rev 2] 13/40 40

14 引脚说明表 6. SiP 引脚说明 ( 续 ) (1) 不允许名称类型功能 7 NRST 数字输入 MCU 复位引脚 8 VM 电源电源供电电压 ( 总线电压 ) 9 SW 模拟输出 3.3 V 直流 / 直流降压稳压器开关节点 10 VDDA 电源 MCU 模拟电源供电电压 11 PA0 模拟输入 MCU PA0 12 PA1 模拟输入 MCU PA1 13 PA2 模拟输入 MCU PA2 14 PA3 模拟输入 MCU PA3 15 PA4 模拟输入 MCU PA4 16 PA5 模拟输入 MCU PA5 17 PA6 数字输入 MCU PA6 18 3FG_PA7 数字 I/O 3FG 漏极开路输出或 MCU PA7 19 PB1 模拟输入 MCU PB1 20 TESTMODE 数字输入测试模式输入 21 OP1O 模拟输出运放 1 输出 22 OP1N 模拟输入运放 1 反相输入 23 OP1P 模拟输入运放 1 非反相输入 24 OC_Comp 模拟输入过电流比较器输入 25 HSW 模拟输出 W 相高侧驱动器输出 26 OUTW 电源 W 相高侧 ( 浮动 ) 通用电压 27 VBOOTW 电源 W 相自举供电电压 28 LSW 模拟输出 W 相低侧驱动器输出 29 HSV 模拟输出 V 相高侧驱动器输出 30 OUTV 电源 V 相高侧 ( 浮动 ) 通用电压 31 VBOOTV 电源 V 相自举供电电压 32 LSV 模拟输出 V 相低侧驱动器输出 33 HSU 模拟输出 U 相高侧驱动器输出 34 OUTU 电源 U 相高侧 ( 浮动 ) 通用电压 35 VBOOTU 电源 U 相自举供电电压 36 LSU 模拟输出 U 相低侧驱动器输出 37 PA13_SWD_IO 数字 I/O MCU PA13/SWDIO( 通过模拟 IC 进行系统调试数据 ) 38 PA14_SWD_CLK 数字 I/O MCU PA14/SWDCLK( 系统调试时钟 ) 39 PB6 数字 I/O MCU PB6 40 PB7 数字输入 MCU PB7 14/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

15 引脚说明表 6. SiP 引脚说明 ( 续 ) (1) 不允许名称类型功能 41 OP2P 模拟输入运放 2 非反相输入 42 OP2N 模拟输入运放 2 反相输入 43 OP2O 模拟输出运放 2 输出 44 GND 电源接地 45 OP3P 模拟输入运放 3 非反相输入 46 OP3N 模拟输入运放 3 反相输入 47 OP3O 模拟输出运放 3 输出 48 VDD 电源 MCU 数字电源 EPAD 电源内部接地 1. 请参考表 7 中的 MCU 引脚函数表 7. MCU 焊盘映射 MCU 焊盘类型模拟 IC 焊盘可选和附加功能 PF0 I/O - FT - OSC_IN PF1 I/O - FT - OSC_OUT NRST I/O - RST - VDDA S VDD_3V3 模拟电源供电电压 PA0 I/O - TTa - PA1 I/O - TTa - PA2 I/O - TTa - PA3 I/O - TTa - PA4 I/O - TTa - PA5 I/O - TTa - PA6 I/O - TTa - PB1 I/O - TTa - 器件复位输入 / 内部复位输出 ( 低电平有效 ) TIM2_CH1_ETR, USART1_CTS ADC_IN0, RTC_TAMP2, WKUP1 TIM2_CH2, EVENTOUT, USART1_RTS ADC_IN1 TIM2_CH3, USART1_TX ADC_IN2 TIM2_CH4, USART1_RX ADC_IN3 SPI1_NSS, I2S1_WS, TIM14_CH1, USART1_CK ADC_IN4 SPI1_SCK, I2S1_CK, TIM2_CH1_ETR ADC_IN5 SPI1_MISO, I2S1_MCK, TIM3_CH1, TIM1_BKIN, TIM16_CH1, EVENTOUT ADC_IN6 TIM3_CH4, TIM14_CH1, TIM1_CH3N ADC_IN9 DocID Rev 1 [English Rev 2] 15/40 40

16 引脚说明表 7. MCU 焊盘映射 ( 续 ) MCU 焊盘类型模拟 IC 焊盘可选和附加功能 PA7 I/O - TTa 3FGOUT SPI1_MOSI, I2S1_SD, TIM3_CH2, TIM14_CH1, TIM1_CH1N, TIM17_CH1, EVENTOUT ADC_IN7 PB12 I/O - FT OC_COMP_INT TIM1_BKIN (1) PB13 I/O - FT LS1 TIM1_CH1N (1) PB14 I/O - FT LS2 TIM1_CH2N (1) PB15 I/O - FT LS3 TIM1_CH3N (1) PA8 I/O - FT HS1 TIM1_CH1 (1) PA9 I/O - FTf HS2 TIM1_CH2 (1) PA10 I/O - FTf HS3 TIM1_CH3 PA11 I/O - FT OC_SEL (1) 推挽输出 PA12 I/O - FT 3FG_HIZ 推挽输出 (1) PA13_SWD_IO I/O - FT SWDIO_INT IR_OUT, SWDIO PF6 I/O - FTf OC_TH_STBY2 推挽输出 (1) PF7 I/O - FTf OC_TH_STBY1 推挽输出 (1) PA14_SWD_CLK I/O - FT - USART1_TX, SWCLK PB6 I/O - FTf - I2C1_SCL, USART1_TX, TIM16_CH1N PB7 I/O - FTf - I2C1_SDA, USART1_RX, TIM17_CH1N VBAT, VDD S VDD 备份和数字电源 VSS, VSSA S - 接地 BOOT0 I - 加载程序存储器选择 ( 内部接地 ) PC13, PC14, PC15, PB0, PB2, PB10, PB11, PA15, PB3, PB4, PB5, PB8, PB9 - - 未连接 1. 模拟 IC 仅支持这些 GPIO 配置不同的配置可能会导致器件故障可以使用没有上拉或下拉的 GPIO 输入配置注 : SiP 中每个未使用的 GPIO 都应在软件启动后配置为 OUTPUT 模式低电平 16/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

17 引脚说明表 8. 模拟 IC 焊盘说明引脚排列名称焊盘名称类型功能 PA13_SWD_IO SYS_SWDIO 数字 I/O 系统调试数据 ( 通过模拟 IC 连接至输出 ) VDDA VDD_3V3 电源 3.3 V 直流 / 直流降压稳压器电压输出 VM VM 电源电源供电电压 ( 总线电压 ) SW SW 模拟输出 3.3 V 直流 / 直流降压稳压器开关节点 VREG12 VREG12 电源 12 V 线性稳压器输出 VBOOTU VBOOTU 电源 U 相自举供电电压 HSU HSU 模拟输出 U 相高侧驱动器输出 OUTU OUTU 电源 U 相高侧 ( 浮动 ) 通用电压 LSU LSU 模拟输出 U 相低侧驱动器输出 VBOOTV VBOOTV 电源 V 相自举供电电压 HSV HSV 模拟输出 V 相高侧驱动器输出 OUTV OUTV 电源 V 相高侧 ( 浮动 ) 通用电压 LSV LSV 模拟输出 V 相低侧驱动器输出 VBOOTW VBOOTW 电源 W 相自举供电电压 HSW HSW 模拟输出 W 相高侧驱动器输出 OUTW OUTW 电源 W 相高侧 ( 浮动 ) 通用电压 LSW LSW 模拟输出 W 相低侧驱动器输出 OC_Comp OC_COMP 模拟输入过电流比较器输入 OP1P OP1P 模拟输出运放 1 输出 OP1N OP1N 模拟输入运放 1 反相输入 OP1O OP1O 模拟输入运放 1 非反相输入 OP2P OP2P 模拟输出运放 2 输出 OP2N OP2N 模拟输入运放 2 反相输入 OP2O OP2O 模拟输入运放 2 非反相输入 OP3P OP3P 模拟输出运放 3 输出 OP3N OP3N 模拟输入运放 3 反相输入 OP3O OP3O 模拟输入运放 3 非反相输入 OP4P OP4P 模拟输出运放 4 输出 OP4N OP4N 模拟输入运放 4 反相输入 OP4O OP4O 模拟输入运放 4 非反相输入 3FG_PA7 3FGOUT 数字输出 3FG 输出 ( 漏极开路 ) GND GND 电源接地 TESTMODE TESTMODE 数字输入测试模式输入 - VDD 电源 MCU 数字电源 - OC_COMP_INT 数字输出 OC 比较器输出 DocID Rev 1 [English Rev 2] 17/40 40

18 引脚说明表 8. 模拟 IC 焊盘说明 ( 续 ) 引脚排列名称焊盘名称类型功能 - HS1 数字输入高侧输入驱动器 U - HS2 数字输入高侧输入驱动器 V - HS3 数字输入高侧输入驱动器 W - LS1 数字输入低侧输入驱动器 U - LS2 数字输入低侧输入驱动器 V - LS3 数字输入低侧输入驱动器 W - OC_SEL 数字输入 OC 保护选择 - 3FG_HIZ 数字输入 3FG 输出使能 - SWD_IO_INT 数字输入系统调试数据 ( 通过模拟 IC 连接至输出 ) - OC_TH_STBY1 数字输入过电流阈值选择和待机输入 1 - OC_TH_STBY2 数字输入过电流阈值选择和待机输入 2 18/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

19 器件说明 6 器件说明是提供集成解决方案的系统封装, 适用于使用霍尔效应传感器驱动三相 BLDC 电机该器件将使用 BCD8s (0.18 µm) 技术进行开发 6.1 UVLO 和热保护表 9 总结了 UVLO 和 OT 保护管理表 9. UVLO 和 OT 保护管理块 V M UVLO V DD UVLO V REG12 UVLO V BOOT UVLO 线性稳压器 OT 直流 / 直流稳压器 OT 直流 / 直流稳压器 OFF 线性稳压器 OFF OFF - - OFF - 运放和 OC COMP OFF OFF HSU HSV HSW 输出低低 (1) 低低 (1), (2) - - LSU LSV LSW 输出低低低 (1) 栅极驱动器的 N 通道接通所有可用供电电压, 参考图 5 2. 只检测到 UVLO 条件下的高侧栅极驱动器 ( 例如,VBOOTU 上的 UVLO 导致 HSU 关断 ) I LVG/HVG (ma) 图 5. UVLO 条件下的栅极驱动器输出特性 V CC = 6 to 12 V V CC = 4 V V CC = 3 V V CC = 0 V V CC = 1 V V CC = 2 V V CC = V REG for LS rails V CC = V BOOT - V OUT for HS rails V LVG/HVG (V) AM DocID Rev 1 [English Rev 2] 19/40 40

20 器件说明供电电压上的 UVLO 器件可在所有电源上提供 UVLO 保护电源供电电压低于关断阈值电压时, 器件进入欠压状态, 并在电机供电电压超过接通阈值电压时终止表 9 显示了 UVLO 保护管理 : 在 UVLO 事件之后, 哪些模块被关闭图 6. 上电和掉电序列 VMOn 13 V typ. PWR_OK PWR_OK V M V DD VDDOn tss The DC/DC Reg stops to work The actual VDD voltage falls to 0 V discharging the output capacitance The Lin Reg stops to work The actual VREG voltage falls to 0 V discharging the output capacitance V REG AM 热保护该器件嵌入了过温关断保护热传感器放置在直流 / 直流和线性稳压器模块旁 OT 保护触发时, 相应的模块被关断, 只有当温度低于 T SD - T hys 温度 ( 自动重启 )) 时, 热关断状态才会终止表 9 显示了热保护管理 : 在过温事件之后, 哪些模块被关闭 6.2 直流 / 直流降压稳压器内部直流 / 直流降压转换器提供 3.3 V 供电电压, 适合为 MCU 和其他外部元件 ( 如霍尔效应传感器 ) 供电稳压器在非连续电流模式 (DCM) 下工作实现了具有固定启动时间的软启动功能, 从而最小化启动时的浪涌电流, 请参考图 8 提供了过电流和短路保护 20/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

21 器件说明如果在 SW 引脚上发生故障, 并达到 I OVC 阈值, 则稳压器被锁断要重启直流 / 直流稳压器, 器件供电电压 (V M ) 必须循环掉电和上电如果稳压器输出 (VDDA 引脚 ) 发生故障, 并且电压低于 UVLO 阈值 (V DDOff ), 则稳压器会使用新的软启动序列重启, 直到 OC 状态被消除在这种情况下, 线圈中的电流受 I SW.peak 限制如第节所述, 直流 / 直流稳压器嵌入了热保护图 7. 直流 / 直流降压稳压器拓扑 to MCU and Hall- effect sensors C VDDA L SW VM VDDA SW VM 3.3 V VM Control DC/DC buck conv. AM 图 8. 软启动时间 VDDA [V] t [ms] t SS AM DocID Rev 1 [English Rev 2] 21/40 40

22 器件说明外部可选 3.3 V 供电电压注 : 可以直接在 VDDA 引脚上向外部提供 3.3 V 供电电压在这种情况下, 可以有两种配置 : 1. SW 引脚悬空或短接至 VM: 在这种情况下, 直流 / 直流转换器的内部电源开关根据内部时钟继续打开 / 关闭 2. SW 引脚短接至 GND: 在这种情况下, 内部电源开关检测到短路并被锁断如果 VM < VDD, 不可以在外部应用 VDD 电压 6.3 线性稳压器内部 12 V 线性稳压器是为栅极驱动器部分提供供电电压的 LDO 稳压器外部电容需要连接到 VREG12 引脚图 9. 线性稳压器框图 VREG12 C REG VM 12 V LIN regulator VREG12 AM 当 VM 电压低于 12 V 时,VM 引脚和线性稳压器输出可以一起短接, 从外部向栅极驱动器供电如第节所述, 线性稳压器嵌入了热保护 22/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

23 器件说明图 10. 线性稳压器输出特性 VM [V] VREG12 [V] t 12 t AM 注 : 线性稳压器仅用于为内部电路供电, 不得用于外部元件 6.4 待机模式器件会被强制进入待机模式, 将 OC_TH_STBY1 和 OC_TH_STBY2 模拟 IC 输入处于低电平, 从而降低功耗 ( 请参见表 12) 设置待机模式时, 模拟 IC 在 tsleep 时间后进入低功耗模式, 并且 : 线性稳压器关闭所有输出驱动器强制处于低水平 ( 外部电源开关关断 ) 运放和比较器禁用直流 / 直流稳压器仍工作器件退出待机模式时, 需要设定时间才能恢复 12 V 内部稳压器的正确值该设定时间严格取决于连接在 VREG12 引脚上的电容, 可以用公式 1 计算 DocID Rev 1 [English Rev 2] 23/40 40

24 器件说明图 11. 待机到正常运行时间 (C REG = 1 µf) 公式 1 C t REG V REG12 REG = I REG12, lim 6.5 栅极驱动器注 : 器件集成了三相半桥栅极驱动器, 可以驱动 N 通道功率 MOSFET 或 IGBT 高侧部分由集成式自举二极管的自举电压技术供电所有输入线 ( 参考图 2: 模拟 IC 框图第 6 页 ) 都连接到下拉电阻 (60 kw 典型值 ), 以保证器件启动期间的低逻辑电平由于集成的互锁功能, 同一半桥的高侧和低侧输出不能同时被驱动到高侧模拟 IC 的所有输入线都具有内部下拉功能, 以保证器件启动期间和 MCU 线不存在时的低逻辑电平 24/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

25 器件说明 6.6 微控制器单元集成的 MCU 是 STM32F031C6, 它具有以下特点 : 内核 :ARM 32 位 Cortex -M0 CPU, 频率高达 48 MHz 存储器 :4kB SRAM,32 kb Flash 存储器 CRC 计算单元多达 16 个快速 I/O 专用于 PWM 生成的高级控制定时器多达 5 个通用定时器 12 位 ADC( 多达 9 个通道 ) 通信接口 :I 2 C USART SPI 串行调试线 (SWD) 扩展的温度范围 :-40 至 125 C 更多详细内容, 请参考上的 STM32F031C6 数据手册存储器和启动模式该器件具有以下特性 : 4 K 字节的嵌入式 SRAM 能以 CPU 时钟速度 0 等待状态访问 ( 读 / 写 ), 具有检测异常产生的嵌入式奇偶校验, 可用于对程序失效要求要求严格的应用非易失性存储器分为两个阵列 : 32 K 字节的嵌入式 Flash 存储器, 用于程序和数据选项字节选项字节结合以下选项可对存储器写保护 ( 以 4K 为单元 ) 和 / 或对整个存储器读保护, 选项如下 : 级别 0: 不可读取保护级别 1: 除了调试模式被连接或选择了 RAM 的 boot 模式,Flash 存储器不允许其它方式读取或写入级别 2: 芯片读保护, 并且禁用调试模式 (Cortex-M0 串行线 ) 和 RAM 的 boot 模式在启动时, 由于 Boot0 脚 MCU 内部连接到地, 启动时,boot 模式从主 flash 存储器启动 ( 请参见表 7 第 15 页 ) 主 flash 存储器可映射到 boot 存储器 (0x ), 但也可从它原来的存储器空间 (0x ) 访问换句话说,Flash 存储器内容可从地址 0x 或 0x 开始访问嵌入式 boot 引导程序在系统存储器中, 由 ST 在生产阶段编程 DocID Rev 1 [English Rev 2] 25/40 40

26 器件说明电源管理 VDD 引脚是 I/O 和内部稳压器的电源 VDDA 引脚是 ADC 复位模块 RC 和 PLL 的电源 V DDA 电压可以通过内部直流 / 直流降压转换器产生, 否则, 也可以直接用外部电压给到 VDDA 注 : VDDA 电平必须一直大于等于 VDD 电平, 且必须首先提供本 MCU 内部集成有上电复位 (POR)/ 掉电复位 (PDR) 电路这些电路始终处于活动状态, 可确保在高于 2 V 阈值时正常工作当监控的供电电压低于规定阈值时, 器件保持复位模式 POR 仅监测 V DD 供电电压在启动阶段,V DDA 必须先到达, 且大于等于 V DD PDR 监控 V DD 和 V DDA 供电电压, 但是, 如果应用设计可确保 V DDA 大于等于 V DD, 则可禁用 V DDA 供电监控 ( 方法是编程一个专用选项位 ), 以降低功耗该器件还有一个嵌入式可编程电压检测器 (PVD), 用于监视 V DD 电源并将其与 V PVD 阈值进行比较当 V DD 低于 V PVD 阈值和 / 或 V DD 高于 V PVD 阈值时, 将产生中断随后, 中断服务程序会生成一条警告消息并且 / 或者使 MCU 进入安全状态 PVD 由软件使能 MCU 支持三种低功耗模式, 可在低功耗短启动时间和可用唤醒源之间取得最佳平衡 : 睡眠模式在睡眠模式下, 只有 CPU 停止工作所有外设继续运行并可在发生中断 / 事件时唤醒 CPU 停止模式停止模式下可以实现极低功耗, 同时保持 SRAM 和寄存器的内容此时,1.8 V 域中的所有时钟都会停止,PLL HSI RC 和 HSE 晶振也被禁止还可以将稳压器置于正常模式或低功耗模式该器件可由任何 EXTI 线 (16 根外部线之一 PVD 输出 RTC I 2 C1 或 USART1) 从停机模式唤醒待机模式待机模式下可达到最低功耗此时, 内部稳压器关闭, 因此整个 1.8 V 域将断电 PLL HSI RC 和 HSE 晶振也会关闭进入待机模式后, 除 RTC 域和待机电路中的寄存器外, SRAM 和寄存器的内容都将消失发生外部复位 (NRST 引脚 ) IWDG 复位 WKUP 引脚上出现上升沿或者触发 RTC 事件时, 器件退出待机模式 26/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

27 器件说明高速外部时钟源高速外部 (HSE) 时钟可以使用外部时钟信号或 4 到 32 MHz 的晶振 / 陶瓷谐振振荡器产生 ( 参见图 13) 外部时钟信号必须考虑 I/O 特性并遵循建议的时钟输入波形 ( 参考图 12) 图 12. HSE 时钟源时序图 AM 图 13. 采用 8 MHz 晶振的典型应用 AM 在应用中, 谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器的引脚, 以尽量减小输出失真和起振稳定时间 R EXT 的值取决于晶振特性 ( 更多详细内容, 请咨询晶振谐振器制造商 ) DocID Rev 1 [English Rev 2] 27/40 40

28 器件说明高级控制定时器 (TIM1) 高级控制定时器 (TIM1) 用于 6 通道三相 PWM 控制具有可插入死区时间的互补 PWM 输出如表 10 所示, 该定时器用于产生三个半桥栅极驱动器的 PWM 信号表 10. TIM1 通道配置 MCU I/O 模拟 IC 输入 TIM1 通道 PB13 LS1 TIM1_CH1N PB14 LS2 TIM1_CH2N PB15 LS3 TIM1_CH3N PA8 HS1 TIM1_CH1 PA9 HS2 TIM1_CH2 PA10 HS3 TIM1_CH3 6.7 测试模式注 : 可用专用的引脚 TESTMODE 进入测试模式在应用中,TESTMODE 引脚应短接至 GND, 以免意外进入测试模式 28/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

29 器件说明 6.8 运算放大器该器件集成了四个轨到轨运放, 适用于信号调节, 尤其是用于模拟霍尔效应传感器解码和电流感应运放提供轨到轨输出级, 可以在饱和状态下快速恢复在线性应用中, 产生高振幅输入信号时, 会出现输出级饱和, 并使运放的输出超出其实际能力图 14. 运算放大器 To input ADC INN INP OPxO OPxN OPxP OPAMP AM 比较器比较器可用于实现过电流保护 OC Comp 引脚可以连接到分流电阻以监测负载电流, 内部 OC 阈值可以通过 MCU 进行设置 (PF6 和 PF7 端口, 请参见表 12) 触发 OC 事件时,OC 比较器输出将 OC 事件信号发送到 MCU (BKIN) 的 PB12 输入根据 OC_SEL 信号的状态,( 参见表 11),OC 事件直接作用于栅极驱动器的控制逻辑, 通过关闭所有高侧栅极输出, 从而关闭外部高侧 Mosfet DocID Rev 1 [English Rev 2] 29/40 40

30 器件说明图 15. 比较器 VM To PB12 of MCU and control logic COM P OC th OC R shunt AM OC_SEL (PA11) 表 11. OC 保护选择功能 0 OC 比较器输出信号只对 MCU 可见 ( 默认 ) 1 OC 比较器输出信号对 MCU 可见, 并且还作用于栅极驱动器控制逻辑表 12. OC 阈值 OC_TH_STBY2 (PF6) OC_TH_STBY1 (PF7) OC 阈值 [mv] 注释 0 0 N.A. 待机模式 ( 参见第 6.4 节第 23 页 ) 过电流状态消失时, 只有所有高侧输出都至少在 t OCrelease 时间保持低电平之后, 锁断的过电流信号才会被释放 ( 参考图 16) 30/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

31 器件说明图 16. 驱动器逻辑过电流管理信号 < t OCdeglitch t CPD > t OCdeglitch t CPD When th e OC disapp ears, th e latched OC signal is released after th e first HS_input rising edge OC_COMP PB12 OC_blk_n (latched signal) > t OCrelease HS1 HS2 HS3 AM FG_PA7 输出功能根据表 13,3FG_PA7 引脚含有不同的功能表 13. 3FG_PA7 引脚函数 3FG 高 Z (PA12) 3FG_PA7 注释 0 PA7 默认 1 3FG MCU 引脚必须配置为上拉选择 3FG 功能时,3FG_PA7 引脚用作漏极开路输出 ( 参见图 17) 3FG 信号由给到运放输入的霍尔传感器信号合成运放的模拟输出通过内部比较器 (V ref = VDD/2) 转换为逻辑信号, 并提供出霍尔解码逻辑 3FG 产生的输出信号是三个霍尔传感器的异或功能 ( 参见表 14) DocID Rev 1 [English Rev 2] 31/40 40

32 器件说明图 17. 3FG 电路 OPAM P2 OP2P OP2N OP2O 3FG Hall d ecoding logic COM P2 COM P3 COM P4 VREF VREF VREF OPAM P3 OPAM P4 OP3P OP3N OP3O OP4P OP4N OP4O 3FG _ PA7 3FG_HiZ 3FG_HIZ from PA12 of MCU to PA7 of MCU AM 表 14. 3FG 输出真值表 ( 参考图 17) COMP4 输出 COMP3 输出 COMP2 输出 3FG 引脚 (PA7) /40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

33 器件说明 6.11 ESD 保护策略图 18. ESD 保护策略 VDD (3.3 V) Digital I/ O Analog I/ O GND VM (45 VMAX.) REG Linear reg. POWER BOOTSTRAP DIODE ESD active clamp VBOOT POWER HVU/V/ W POWER POWER SW OUT ESD active clamp POWER LVU/V/ W POWER High- side driver (X3) ESD active clamp GND Low- side driver (X3) BELOW GND AM DocID Rev 1 [English Rev 2] 33/40 40

34 应用程序示例 7 应用程序示例图 19 显示了使用器件驱动具有单分流电阻和模拟霍尔效应传感器反馈的三相电机应用示例实现的其他功能为 : 通过直流 / 直流稳压器在内部产生 VDD (3.3 V) 电源通过 LDO 线性稳压器在内部产生 VREG12 (12 V) 电源 I 2 C 串行接口 (PB6 和 PB7) 串行调试线端口 (PA13_SWD_IO PA14_SWD_CLK) 准备就绪和报警线 (PF0 PF1) 复位专用引脚使用内部比较器进行过电流保护使用内部运放 ( 运放 1) 和 ADC (PA3) 进行电流检测使用内部运放比较器和霍尔解码逻辑电路 ( 运放及相对应的比较器 ) 产生 3FG 使用内部运放和 ADC( 运放及 PA0 PA1 PA2) 进行霍尔效应传感器反馈管理使用内部 ADC (PA4) 进行总线电压补偿使用内部 ADC (PB1) 进行温度监测 34/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

35 应用程序示例图 19. 应用程序示例 CREG VBOOTU HSU OUTU LSU VBOOTV HSV OUTV LSV VBOOTW HSW OUTW LSW VBOOT CBOOT HS RGH_ON DH RGH_OFF OUT LS RGL_ON DL RGL_OFF 3x power half-bridge RLP CLP HS LS VM RS + CVM THREE-PHASE MOTOR M Sensors feedback (6 lines) to op amps inputs VREG12 OC Comp RCS5 VDD L1 CVDDA VM SW SWDIO PA13 SWDCLK PA14 VDD RPU2 VM OP1P OP1N OP1O OP2P OP2N OP2O OP3P OP3N OP3O OP4P OP4N OP4O 3FG_PA7 GND FG output 3x OpAmp net to ADC inputs (PA0, PA1, PA2) RH1p RH1m RH1 From sensors feedback I 2 C clock VDD RPU1 PB6 TEST M ODE VDD RTH NTC I 2 C data PB7 PB1 VDD PA6 PA5 CTH VDD + CCS1 RCS4 VDD Ccs2 RCS2 RCS1 RCS3 to ADC input (PA3) CVDD PA4 VM RBUS1 CBUS RBUS2 CVDDe PF0 PF1 Ready alarm NRST RESET CRES VDD VDDA PA0 PA1 PA2 PA3 From op amps outputs CVDDA1 Current feedback from OP1O AM DocID Rev 1 [English Rev 2] 35/40 40

36 封装信息 8 封装信息为满足环境要求, 意法半导体为这些器件提供了不同等级的 ECOPACK 封装, 具体取决于它们的环保合规等级 ECOPACK 的规格等级定义和产品状态可在上查询 ECOPACK 是意法半导体的商标建议定制 VFQFPN48 7 x 7 封装内部连接到接地引脚的较小 EPAD 需要穿过封装底部的孔铅镀层是镍 / 钯 / 金 (Ni/Pd/Au) 36/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

37 封装信息 8.1 VFQFPN48 7 x 7 封装信息图 20. VFQFPN48 7 x 7 x L,0.5 mm 脚间距, 封装图 DocID Rev 1 [English Rev 2] 37/40 40

38 封装信息表 15. VFQFPN48 7 x 7 x L,0.5 mm 脚间距, 封装机械数据 (1) 符号尺寸 ( 毫米 ) 最小值典型值最大值 A A A A b D E e 0.50 D E K 1.80 L PIN44 与 DAP 融合图 21. VFQFPN48 7 x 7 x L,0.5 mm 脚间距, 建议尺寸 AM /40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

39 订购信息 9 订购信息表 16. 订购码订购代码封装封装 VFQFPN 7 x 7 x L Tray TR VFQFPN 7 x 7 x L 卷带和盘装 10 版本历史表 17. 文档版本历史日期版本变更 2016 年 9 月 30 日 1 初始版本 2017 年 3 月 30 日 2 在整个文档中用 STM32F031C6( 具有扩展温度范围, 后缀为 7 版本 ) 替换了 STM32F031x6x7 更新了图 1 第 5 页 ( 换成新图 ) 整篇文档的少量改动表 18. 中文文档版本历史日期版本变更 2017 年 10 月 25 日 1 中文初始版本 DocID Rev 1 [English Rev 2] 39/40 40

40 版本历史重要通知 - 请仔细阅读意法半导体公司及其子公司 ( ST ) 保留随时对 ST 产品和 / 或本文档进行变更更正增强修改和改进的权利, 恕不另行通知买方在订货之前应获取关于 ST 产品的最新信息 ST 产品的销售依照订单确认时的相关 ST 销售条款买方自行负责对 ST 产品的选择和使用, ST 概不承担与应用协助或买方产品设计相关的任何责任 ST 不对任何知识产权进行任何明示或默示的授权或许可转售的 ST 产品如有不同于此处提供的信息的规定, 将导致 ST 针对该产品授予的任何保证失效 ST 和 ST 徽标是 ST 的商标所有其他产品或服务名称均为其各自所有者的财产本文档中的信息取代本文档所有早期版本中提供的信息本文档的中文版本为英文版本的翻译件, 仅供参考之用 ; 若中文版本与英文版本有任何冲突或不一致, 则以英文版本为准 2017 STMicroelectronics - 保留所有权利 40/40 DocID Rev 1 [English Rev 2]

FM1935X智能非接触读写器芯片

FM1935X智能非接触读写器芯片 FM33A0xx MCU 2017. 05 2.0 1 (http://www.fmsh.com/) 2.0 2 ... 3 1... 4 1.1... 4 1.2... 4 1.3... 5 1.3.1... 5 1.3.2... 5 1.4... 8 1.4.1 LQFP100... 8 1.4.2 LQFP80... 9 1.4.3... 9 2... 15 2.1 LQFP100... 15