瑞盟科技 MS4932 MS4932 三相正弦波 DC 电机控制器 描述 MS4932 是一款三相正弦波无刷直流电机 (BLDC) 或永 磁同步电机 (PMSM) 控制器 该芯片对霍尔感应信号进行 处理, 控制器可以通过开关三相转换器来实现 PWM 交换 有两种 PWM 模式 : 正弦波模式和方波模

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1 三相正弦波 DC 电机控制器 描述 是一款三相正弦波无刷直流电机 (BLDC) 或永 磁同步电机 (PMSM) 控制器 该芯片对霍尔感应信号进行 处理, 控制器可以通过开关三相转换器来实现 PWM 交换 有两种 PWM 模式 : 正弦波模式和方波模式 该芯片具有过流保护, 短路保护, 过压保护以及过温 保护, 用来保护芯片及马达不会受到损坏, 特别是在应力 大和要求很高的应用环境中 主要特点 支持空间向量调制 (SVM) 支持正弦波和方波解决方案 内置时钟发生器 内置误差放大器, 用于扭力闭环控制 占空比直接控制 方波 120 正弦波 180 导通 PLL 角度检测 ( 霍尔传感器 ) 电流领先相位更正 两个可选死区时间 同步整流 过压和欠压保护 三级过流保护 (OCP) 可调 OC 定时器 过温保护 (OTP) 应用 BLDC 电机或 PMSM 控制 低噪音电机应用 风扇 泵 工具等 产品规格分类 产品封装形式打印名称 LQFP32 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 1 页

2 内部框图 15 I_FB I_IN 19 电流反馈 Tor_fb 1 HOVP VSENSE RT IP bit ADC VSENSE RT FREE/nST I_max I_avg OC 保护检测器 Free Fault_reg nfault OC_TMR U OPO IN DUTY 占空比和 PWM 控制 Amplitude PWM HA/HB/HC nfree CW/CCW 方波 PWM 发生器 输出驱动器 V W X 28 Y CW/CCW FREE/nst APRS 操作控制 CW/CCW nst Angle A/B/C CW/CCW 正弦波 PWM 发生器 Z PGND DTS AS bit ADC Angle config 角度预测器 时钟发生器 电源管理器 VPP DGND HA HB HC FO AGND R_CLK 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 2 页

3 极限参数参 数 符号 参 数 范 围 单位 供电电压 V PP 0-26 V 工作温度 T A -40~110 存储温度 T stg -60~150 推荐工作条件 参 数 符号 最小值 典型值 最大值 单位 供电电压 V PP V 工作温度 T A 系统时钟 F SYS MHz 时钟发生器外部电阻 R_CLK 12 KΩ I_IN 偏压电阻 R I_IN 10 KΩ 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 3 页

4 电气参数参 数 符号 测 试 条 件 最小值典型值 最大值 单位 V PP 部分 导通阈值电压 V PP_ON V 关断阈值电压 V PP_OFF V 工作电流 I DD_OP V PP =12V,F SYS =1.28MHz ma 稳压器部分 稳压器输出电压 V 输出电流 5mA V 稳压器输出电流 I V =5.2V 10 ma 稳压器外部电容 C 0.1 uf 数字 I/O 部分 霍尔信号输入高电平 V IH_HALL - 4 V 霍尔信号输入低电平 V IL_HALL - 1 V 迟滞窗口 V HYS_HALL V 霍尔信号去抖动时间 T DEB_HALL 5 us 数字 I/O 内部上拉电阻 R DIO_UP KΩ 高压 I/O 部分 PWM 信号输出高电平 V OH_PWM VPP=12V, IO=4mA 10 V PWM 信号输出低电平 V OL_PWM VPP=12V, IO=4mA 1 V HOVP 输出高电平 V OH_HOVP VPP=12V, IO=4mA 10 V HOVP 输出低电平 V OL_HOVP VPP=12V, IO=4mA 1 V PWM 控制部分 DUTY 引脚全占空比电压 V FD 4.37 V DUTY 引脚零占空比电压 V ZD 0.8 V PWM 最小导通时间 t PWM_MIN R_CLK=12KΩ 1 us PWM 死区时间 3us T DEAD0 DTS=LOW 2.9 us PWM 死区时间 4us T DEAD1 DTS=HIGH 4.2 us PWM 频率 20KHz F PWM_20K R_CLK=12KΩ 20 khz OPO 引脚拉电流能力 I SOURCE_OPO IP=5V,IN=0V,OPO=0V ma OPO 引脚灌电流能力 I SINK_OPO IP=0V,IN=5V,OPO=5V ma 扭力误差放大器的增益 A verr 60 db 误差放大器单位增益带宽 G BWERR 10 MHz 正弦波 PWM 发生器 DUTY 引脚正弦波使能阈值 V SIN_ENA 0.75 V 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 4 页

5 电气参数 ( 续 ) 参 数 符号 测 试 条 件 最小值典型值 最大值 单位 DUTY 引脚正弦波禁用阈值 V SIN_DIS 0.65 V 正弦波使能去抖动时间 t SIN_ENA 1 ms 正弦波禁用去抖动时间 t SIN_DIS 100 ms 过流保护部分 短路电流保护阈值电压 V OCP_SH 2.5 V 逐周期电流保护阈值电压 V OCP_CYC 1.5 V 过载电流保护阈值电压 V OCP_OL 1.4 V OC_TMR 阈值电压 V OC_TMR 2.5 V OC_TMR 充电电流 I TMR_CHG OC_TMR=0V ua OC_TMR 放电电流 I TMR_DIS OC_TMR=5V ua I_IN 的偏压电流 I BIAS_I_IN RI_IN=10kΩ ua I_FB 输出电流 I O_I_FB 0.5 ma I_FB 输出增益 G I_FB 8 过压欠压保护部分 系统 OVP 阈值电压 V OV_VPP 18 V 系统 OVP 释放电压 V OV_VPP_R 17 V 系统 OVP 去抖动时间 t OV_VPP 100 us 系统 UVP 阈值电压 V UV_VPP V 系统 UVP 释放电压 V UV_VPP_R V V OUT UVP 阈值电压 V UV_ 4 V V OUT UVP 释放电压 V UV R 4.5 V 电机过压保护阈值电压 V OV_MOTOR V 电机过压保护释放电压 V RL_MOTOR 4 V 过温保护部分 OTP 阈值电压 V RT 1 V OTP 释放电压 V RT_R V RT 引脚拉电流 I RT ua 引脚开路保护等级 引脚短路保护等级 V SHORT R_CLK 引脚 0.2 V 引脚开路保护等级 V OPEN R_CLK 引脚和 RT 引脚 V 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 5 页

6 管脚排列图 管脚描述管脚号 管脚名称 I/O 管 脚 描 述 1 HOVP O 电机驱动过压保护输出 可连至外部功率晶体管使反向电动势放电 2 HA I 霍尔 A 传感器输入,U 相磁场检测 3 HB I 霍尔 B 传感器输入,V 相磁场检测 4 HC I 霍尔 C 传感器输入,W 相磁场检测 5 CW/CCW I 方向控制输入, 此引脚有 200KΩ 上拉电阻 高电平 :CW, 低电平 :CCW 6 FREE/nST I 空闲和启动控制输入, 此引脚有 200KΩ 上拉电阻 高电平 : 空闲, 低电平 : 启动 7 APRS I 角度预测范围选择输入, 此引脚有 200KΩ 上拉电阻 8 DTS I 死区时间选择输入 此引脚有 200KΩ 上拉电阻 低电平 3us, 高电平 4us 9 FO O 转数脉冲输出 每转脉冲 = 电机级数 DGND - 数字接地 11 O 稳压器输出, 应在此引脚与地之间接个 0.1uF( 最小 ) 的电容 12 IP I 扭力误差放大器正极输入 13 OPO O 扭力误差放大器输出 14 IN I 扭力误差放大器负极输入 15 I_FB O 电流反馈输出 16 DUTY I PWM 占空比控制输入, 设计为直接控制 PWM 占空比 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 6 页

7 17 R_CLK I 时钟发生器外部电阻, 用于确定内部时钟发生器的频率 18 AGND - 模拟接地 19 I_IN I 电流反馈输入 20 AS I 角度位移输入 设计用于校正 PWM 输出信号的领先角 范围从 0 到 60, 与感应磁场电压相关 21 VSENSE I 电机驱动电压感测电阻, 设计用于确定过压保护的电压电平 22 RT I 热敏电阻输入, 连接到负温系数电阻用于过温保护 23 OC_TMR I 过载超时可编程输入, 连接到电容用于确定过载保护的时间延迟 24 N_FAULT O 故障标志 漏极开路输出 低电平为故障 25 VPP - 电源电压输入 26 Z O W 相 PWM 输出, 低侧 27 W O W 相 PWM 输出, 高侧 28 Y O V 相 PWM 输出, 低侧 29 V O V 相 PWM 输出, 高侧 30 X O U 相 PWM 输出, 低侧 31 U O U 相 PWM 输出, 高侧 32 PGND - 高压地 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 7 页

8 功能描述 电源管理和调整 能够被操作在一个很宽的电源电压范围 10V-15V 引脚是内部电压调整器的输出引 脚 典型的电压输出范围是 5V-5.2V 为了稳定 电路, 需要在 引脚和地之间外加一个 电容 如果 VPP 低于 8V 门槛电压, 将会停止工作, 内部寄存器会进入休眠状态 时钟发生器 拥有一个可编程的晶振 由 R_CLK 外加电阻决定, 系统时钟能够由程序控制在 960kHZ 到 1920kHz PWM 波的开关频率等于系统时钟的 1/64 因此, 当系统时钟为 960kHz 时,PWM 等于 960kHz/64=15kHz 相似的, 如果要得到 20kHz 的 PWM, 则系统时钟应该被设置成为 1.28MHz PWM 整流 同时支持方波 PWM 和正弦波 PWM 对无刷直流电机控制 控制器检测霍尔传感器的发出转子 的位置信号 对于方波 PWM 整流方式如下表 : CW HALL HALL U-V-W X-Y-Z X X P-0-0 Pb P 0-1-Pb P 1-0-Pb P-0 1-Pb P-0 0-Pb P-0-0 Pb P 1-0-Pb P 0-1-Pb P-0-0 Pb P-0-0 Pb P-0 0-Pb P-0 1-Pb-0 其中 :P=PWM,Pb=PWM 反向,X 为无关位 霍尔信号输入 为了防止霍尔信号失灵, 提供了 3-6us 的抖动时间 当霍尔信号变化缓慢, 抖动和逻辑错 误可能产生 通过建立一个霍尔信号校准电路, 可以最小化抖动和相关错误 PWM 占空比循环和操作 PWM 占空比与在 OPO 和 DUTY 引脚上的电压等级成比例 FREE/nST 引脚被用作 PWM 信号使能 当 FREE/nST 引脚设置成逻辑高时,PWM 状态设置成关断模式, 所有 PWM 输出 ( 六个输出引脚 ) 都为 低 当 FREE/nST 引脚设置成逻辑低时, 开始启动 PWM 正弦波形发生器 包含了一个正弦波 PWM 空间向量调整 (SVM) 角度检测电路通过电机霍尔信号推算电机 转子位置 将 60 分为 32 份, 通过 PWM 工作后, 马达的每一相的电流为正弦波 各相位之间的 角度为 120 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 8 页

9 CW=0 CW=1 电流反馈和保护电流反馈电路提供了两个功能 :(1) 为电机控制提供电流反馈信号 (2) 过流保护 I_IN 引脚输出一个 50uA 的电流, 从而产生一个直流基准用来防止负电压 公式 ⑴ 为 I_FB 和 I_IN 的关系, 建议在 I_IN 上提供 0.5V 直流电压偏置 I_IN 最大电压是 1V 由这些参数可以公式(1) 推算 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 9 页

10 (Rbias=10KΩ), 最大 I_FB 信号波动在 0.5V-4.5V 之间 u v w U V W I_IN I BIAS_I_IN R BIAS x y z R S I S V S V ( V *8) ( I * R ) (1) I _ FB S BIAS _ I _ IN BIAS 提供了三种不同等级的过流保护 第一种是 1.4V 通常用于有过流定时器延时过载电流保 护 如果 I_IN 高于 1.4V, 过流定时器延时会被触发 过流保护的门槛激活, 使定时器超过截止 时间限制 第二种是 1.5V 用于对回路电流的限制 在 I_IN>1.5V 是 PWM 信号会被立即关断 第 三种是 2.5V, 这个等级设计来对短路电流保护 如果 I_IN>2.5V 超过了 3 个 PWM 脉冲, 所有的 PWM 输出端 ( 六路 ) 会被全部关断 保护和故障 类型 状态 触发条件 释放 VPP 过压 停止 VPP>18V VPP<17V VPP 欠压 停止, 重启 VPP<8V VPP>9V 欠压 停止 <4V >4.5V RT 停止 RT<1.0V RT>1.2V OS 停止 开路和短路 FREE/nST 重置 霍尔逻辑错误 停止 Hall=000or111 HOVP 停止 VSENSE>4.5V VSENSE<4V 过流门槛 停止 I_IN>1.4 FREE/nST 重置 SHORT 停止 I_IN>2.5V FREE/nST 重置 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 10 页

11 典型应用 典型的应用 LDO VPP PGND FREE/nST CW/CCW HOVP VSENSE DUTY U 31 7 APRS X DTS DGND AGND AS V Y W Z I_IN 三相驱动 M 15 I_FB HA IN OPO HB HC IP OC_TMR R_CLK FO nfault RT 信号灯 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 11 页

12 封装外形图 LQFP32 单位 :mm SYMBOL MILLIMETER MIN MON MAX A A A A b b c C D D E E eb e 0.80BSC L L1 1.00REF θ 0-7 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 12 页

13 印章和包装规范 XXXXXXX LQFP32 一, 印章内容介绍产品型号 : 生产批号 :XXXXXXX 范例 :JC5D43B 二, 印章规范要求 采用激光打印, 整体居中且采用 Arial 字体 三, 包装规范 型号 只 / 盘 盘 / 盒 盒 / 箱 只 / 箱 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 13 页

14 MOS 电路操作注意事项 : 静电在很多地方都会产生, 采取下面的预防措施, 可以有效防止 MOS 电路由于受静电放电影响而引起的损坏 : 操作人员要通过防静电腕带接地 设备外壳必须接地 装配过程中使用的工具必须接地 必须采用导体包装或抗静电材料包装或运输 杭州有限公司 版本号 :v 共 14 页第 14 页

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