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澄鸡於
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1 本资料是为了参考的目的由原始文档翻译而来使用本资料时, 请务必确认原始文档关联的最新信息, 并遵守其相关指示原本 : 翻译日 :

2 TOSHIBA BiCD 单晶硅 IC PWM 斩波器 - 电机驱动装置 IC 型为一种利用内部 PWM 信号的电机驱动装置能够驱动 2 个 DC 有刷电机采用 BiCD 工艺制作, 在 40 V/2.5 A 达到额定值内部调压器可用一种独立式 VM 电源对电机进行控制特点采用 BiCD 工艺的单片 IC PWM 控制恒流驱动器采用 BiCD 工艺, 使输出级三极管的低导通电阻很低封装重量 :0.79g( 典型値 ) 高电压和电流 ( 有关规格请参见绝对最大额定值和工作范围 ) 热关机 (TSD), 过电流检测 (ISD), 异常电流检测 (VRS) 和通电复位 (POR) 内置稳压器允许只带 VM 电源运行通过外置电容器自定义 PWM 信号频率封装 :HSOP28-P 注 ) 请注意使用期间的温度条件可焊性 1. 使用 Sn-37Pb 焊锡槽锡槽温度 = 230 浸渍时间 = 5 s 次数 = 一次使用 R- 型焊剂 2. 使用 Sn-3.0 Ag-0.5 Cu 焊锡槽焊锡槽温度 = 245 C 浸渍时间 = 5 s 次数 = 一次使用 R- 型焊剂

3 方块图控制逻辑斩波 OSC 电流电平控制 CR-CK 变频器电流反馈输出控制输出 (H- 桥 2) VMR 检测检测电路步进电机 * 请注意, 为了便于说明, 可能省略或简化方块图中的功能块或常数

4 注 : 的所有接地线必须布设于 PCM 掩码内的焊锡上且必须在单点处进行外部连接同时, 接地方式应考虑足够的散热逻辑输入引脚必须正确接线在使用开关控制输入电平时, 为了避免高阻抗, 应确保向上拉至 VCC 或向下拉至 GND 在绘制 VM,GND 和输出模型时应特别小心, 以免跨越输出,GND 或电源时出现短路当出现此类短路时, 可能永久损坏在设计模型和执行时, 也应特别注意当电源相关引脚, 如 VM,RS,OUT 和 GND( 能够以特别大的电流运行 ) 接线错误, 可能发生运行错误或毁坏逻辑输入引脚也必须正确接线, 否则, 会因为大于规定的通过 IC 的电流而造成损坏

5 引脚分配 () ( 顶视图 )

6 引脚功能 (HSOP28) 功能说明引脚编号引脚名称功能 1 IN_A1 桥 A 励磁控制输入 2 IN_A2 桥 A 励磁控制输入 3 PWM_A 桥 A 短路制动输入 4 PWM_B 桥 B 短路制动输入 5 IN_B1 桥 B 励磁控制输入 6 IN_B2 桥 B 励磁控制输入 7 TBK_B 桥 B 数字 tbk 输入 8 RS_A 桥 A 感应输出 9 NC 未连接 10 OUT_A 桥 A+ 输出 11 NC 未连接 12 GND 桥 A 接地引脚 13 OUT_A- 桥 A 输出 14 GND 桥 A 接地引脚 15 GND 桥 B 接地引脚 16 OUT_B- 桥 B 输出 17 GND 桥 B 接地引脚 18 NC 未连接 19 OUT_B 桥 B+ 输出 20 NC 未连接 21 RS_B 桥 B 感应输出 22 VM 电机电压馈送 23 VCC 内部调节器电压监控器 24 NC 未连接 25 NC 未连接 26 VREF 桥 A 与 B 定制电流 27 TBK_A 桥 A 数字 tbk 输入 28 OSCM 内部 PWM 信号振荡器引脚请勿将任何模型连接至 NC 引脚请在装置最近点, 按照引脚名称进行连接

7 逻辑输入功能表 (1) IN_A1, IN_A2 ( 桥 A 控制器 ) 设置桥 A 的驱动模式 PWM_A IN_A1 IN_A2 OUT_A OUT_A- 功能 OFF OFF 停止 (OFF) H ( 高阻抗 ) ( 高阻抗 ) 短路制动 H H H CCW 输入短路制动 H H H 顺时针 H H 短路制动 H (2) IN_B1, IN_B2 ( 桥 B 控制器 ) 设置桥 B 的驱动模式 PWM_B IN_B1 IN_B2 OUT_B OUT_B- 功能 OFF OFF 停止 (OFF) H ( 高阻抗 ) ( 高阻抗 ) 短路制动 H H H CCW 输入短路制动 H H H 顺时针 H H 短路制动 H (3) TBKA,B ( 数字 tbk 控制器 ) 设置噪声抑制定时器名称功能输入注低 OSCM*4clk TBKA,B 数字 tbk( 噪声抑制定时器 ) 高 OSCM*6clk 等效输入电路输入输入请注意, 出于解释目的, 可能省略或简化等效输入电路中的功能块或常数

8 各个电机驱动模式下的 H-SW 组合示例 (H-SW 连接 ) 1 个 DC 电机的连接示例桥 A 请注意, 为了说明之目的, 可能省略或简化功能块或常数电流反馈和电流电平设置电流注 : 通过 100kΩ 在内部下拉逻辑输入引脚 ; 一定要使 GND 不用的逻辑引脚短路, 以避免操作错误 VM 内部 VCC 上电复位稳压器上电复位 RS 比较器 VRS 检测电流反馈电路逻辑振荡器 H- 桥控制器电机输出错误检测

9 等效输出电路 ( 桥 A,B) 自逻辑前级驱动自逻辑前级驱动请注意, 为了说明之目的, 可能省略或简化功能块或常数

10 1. 数字 tbk 功能 TBK H 消隐时间数字 tbk = OSCM 4 clk 数字 tbk = OSCM 6 clk 计数同步定时 TBK 计数数字 tbk 信号 (TBK=) 数字 tbk 数字 tbk 信号 (TBK=H) 数字 tbk 请注意, 出于解释目的, 可能省略或简化时序图或常数数字 tbk 用于避免对在 H- 桥与 DC 电机一起使用时发生于电荷驱动模式下的变阻器恢复电流的错误判断可通过 TBK_A 和 TBK_B 引脚, 控制数字 tbk 时间通过设置数字 tbk, 可能获得直接 PWM 控制与恒定电流控制, 但正当数字 tbk 处于活动状态时, 电机电流将上升到预定电流电平 (NF) 之上除数字 tbk 外, 还附带由 IC 内部常数确定的模拟 tbk 2.DC 电机控制信号功能输入 PWM_A IN_A1 IN_A2 OUT A OUT_A- 功能 OFF OFF 停止 (OFF) H ( 高阻抗 ) ( 高阻抗 ) 短路制动 H H H CCW 短路制动 H H H 顺时针 H H 短路制动 H 正转请注意, 为了说明之目的, 可能忽略或简化功能块或常数反转

11 最大绝对额定值 (Ta=25 C) 特性符号额定值单位注电机电源 VM 40 V 电机输出电压 V OUT 40 V 电机输出电流 I OUT 2.5 A * 1: 按照 1 H-SW I OUT ( 峰值 ) 5.0 A *2: (tw 500 ns) RS 引脚电压 VRS VM ±4.5 V 逻辑电源 VCC 6 V 逻辑输入电压 VIN -0.4 ~6.0 V *3 VREF 参考电压 VREF GND ~ 4.2 V V 功耗 PD 1.15 W *4 操作温度 Topr -20 ~85 C 贮存温度 Tstg -55 ~150 C 接点温度 Tj 150 C *1: 电机输出电流依据 1 H-SW 使用时, 请确保把电机电流控制在最大绝对额定值 80% 以下 ( 在这种情况下, 每 1 H-SW 约 2.0 A( 最大值 )) *2: 电机输出电流峰值宽度必须小于 500 ns *3: 逻辑输入电压必须输入小于 6.0 V *4: 所述数值未安装于板上 Ta: 环境温度 Topr: 运行环境温度 Tj: 工作结温最大结温受热关机限制注 : 最大绝对额定值最大绝对额定值为不得超多的规格参数, 即使是瞬间的超过额定值可能造成装置击穿, 损坏或恶化, 并且可能因爆炸或燃烧造成伤害工作范围 (Ta=0~85 C) 特性符号注最小典型値最大单位电机电源 VM V 电机输出电流 I OUT Ta=25 C, 每 1 H-SW A I OUT ( 峰值 ) (tw 500 ns) A 逻辑输入电压 VIN(H) 逻辑高电平 V VIN() 逻辑低电平 GND V PWM 信号频率 fchop VM=24V khz VREF 参考电压 VREF VM=24V GND V 注 : 在 120 C 或低于 120 C 时, 使用最大结温 (Tj) 在某些热力条件下, 不能使用最大电流

12 电气规范 1(Ta=25 C,VM=24 V, 除非另有规定 ) 特性符号测试条件最小典型値最大单位高 VIN(H) 逻辑输入电压逻辑输入引脚 GND V 低 VIN() GND 逻辑输入电压滞后 Hys 逻辑输入引脚 V 逻辑输入电流 IIN(H) VIN(H) IIN() VIN() μa 输出开功耗 IM IN_A1/A2/B1/B2: fbhop=100 khz 输出关 ma VRS=VM=24 V, Vout=0 V, 高侧 IOH (IN A1,IN A2)=(,) μa 输出泄漏电流 (IN_B1,IN_B2)=(,) VRS=VM=Vout=24 V, 低侧 IO (IN A1,IN A2)=(,) (IN_B1,IN_B2)=(,) μa 桥 - 桥电流差动 Iout1 桥 A,B 电流差动, Iout=2.0 A -5-5 % 输出电流相对于预定值的误差 Iout2 Iout = 2.0 A -5-5 % RS 引脚电压 VRS V RS 引脚电流 IRS VM=VRS=24 V IN_A1/A2/B1/B2: μa 源极导通电阻 ( 高压侧和低压侧之和 ) Ron(D-S) Iout=2.0 A, Tj=25 C Ω

13 电气规范 2(Ta=25 C,VM=24 V, 除非另有规定 ) 特性符号测试条件最小典型値最大单位内部调节器电压 VCC ICC=5.0 ma V 内部调节器电流 ICC ma VREF 输入电压 VREF VM=24 V, 输出 :OFF GND V VREF 输入电流 IREF VREF=3.0 V, 输出 :ON 0-10 μa VREF 增益率 VREF (gain) VREF=3.0 V, 输出 :ON 1/5.3 1/5.1 1/4.9 - TSD 阈值 Tj TSD ( 注 1) C VCC 上电复位电压 VCCPOR VM=24 V V VM 上电复位电压 VMPOR V 过流阈值 ISD Fchop=100 khz ( 注 2) A 过压阈值 VRS det VM-RS 引脚电压 V 注 1: 注 2: 热关机 (TSD) 电路当装置的结温达到 TSD 阈值时, 触发 TSD 电路 ; 然后内部复位电路关闭输出三极管 TSD 电路阈值在 140 C( 最小值 ) 和 160 C( 最大值 ) 之间一旦触发 TSD 电路, 装置保持输出关闭, 直至重申上电复位 (POR) 过电流 / 过电压关闭 (ISD/VRS) 电路当输出电流或 RS 引脚电压达到阈值时, 触发 ISD 电路 ; 然后, 内部复位电路关闭输出三极管一旦触发 ISD 电路, 该装置即保持输出关闭状态直至重申上电复位 (POR) 为确保发生故障时的安全, 请插入一根保险丝, 以避免发生次生故障

14 AC 电气规范 (Ta=25 C, VM=24 V, 6.8 mh+5.7 Ω) 特性符号测试条件最小典型値最大单位逻辑输入频率 f ogic f OSCM =1600 khz khz tw(togic) 最小相位脉冲宽度 twp ns twn tr tf 输出三极管开关特性 tph(in_x) 相至 OUT tph(in_x) tph(osc) OSC 至 OUT tph(osc) μs 电流尖峰消除模拟消隐时间 AtBK Iout=0.6 A,VM=24 V 模拟 tbk ns 电流尖峰消除数字消隐时间 DtBK() TBK:, f OSCM =1600 khz 数字 tbk μs DtBK(H) TBK:H, f OSCM =1600 khz 数字 tbk μs OSC 振荡参考频率 foscm C=270 pf, R=3.6 kω MHz 斩波频率 fchop f OSCM =1.6 MHz khz 图 1 输入相信号和输出三极管开关时序图出于解释目的, 可能简化时序图

15 预定义输出电流的计算峰值输出电流可经电流传感电阻器 (RRS) 和参考电压 (VREF) 进行如下设置 : 增益 VREF( 增益 ) 为 Vref 还原率, 为固定值 1/5.1 例如, 为了计算电机输出电流阈值 : 1/5.1 为 VREF 增益率有关 VREF 增益率的值, 参见电气特性表斩波频率计算斩波频率为 f OSCM 的 1/16 当 f OSCM 为 1600 khz 时, 斩波频率如下所示 : fchop = f OSCM / 16 = 1600/16 = 100 (khz)

16 IC 功耗由消耗的功率约为下列值之和 : (1) 输出三极管消耗的功率 (2) 数字逻辑和前级驱动装置消耗的功率 (1) 利用 R ON (D-S) 值 1.0 Ω, 计算出由输出三极管消耗的功率不管是在充电模式, 快速衰减模式还是缓慢衰减模式, 由各 H 桥组成的 4 个三极管中的 2 个在既定时间占有 IC 的功耗因此, 各 H 桥的功耗计算如下 : P OUT=H- 桥 (ch) IOUT(A) VDS(V)= 2 IOUT 2 RON...(1) 在两相励磁模式 ( 在该模式, 两相之间的相位差为 90 ), 输出三极管的平均功耗计算如下 : RON=1.0 Ω I OUT ( 峰值 : 典型值 )=1.0 A P OUT=1( ch ) ( A ) 1.0(Ω )=1.0( W )...(2) (2) 对于正常操作和在备用模式下,IM 域内的功耗是单独计算的正常工作模式 :IM=5.0 ma( 典型值 ) 在数字逻辑部分内消耗的电流表示为 IM 数字逻辑关闭与 VM 电源内连的调压器它是由与 VM(24 V) 相连的数字逻辑和由输出三极管开关影响的网络组成的 IM 消耗的总功率可用下列公式估算 : 3) 的总功耗从上述两个公式的结果可得出 : 考虑散热情况, 应对板的设计进行验证 P IM=24( V ) 0.005( A )=0.12( W )...(3) P=P OUT+P IM=1.12( W )

17 混合衰变模式下的电流图达到设置电流后的再生是以快 -> 慢的顺序控制的 ( 快速衰变慢速衰变 ) 从快速再生到慢速再生的时间是固定 f 斩波的 37.5% Fchop 计数 MDT:16clk 37.5%=6clk 电机输出电流充电模式 NF:( 设置电流值 ) 慢速模式混合衰变时序快速模式电机输出电流充电模式 NF:( 设置电流值 ) 混合衰变时序快速模式注 : 关于混合衰变时序混合衰变时序 (MDT) 是 (fchop 37.5%) 的唯一值, 但是在电机输出电流在 MDT 后达到 NF (Itrip) 阈值时, 剩下的 fchop (*) 即变成快速衰变模式出于解释目的, 可能简化时序图

18 输出三极管运行模式充电短路制动电源恢复忽略或简化的某些功能块, 电路或常数是为了说明之目的输出三极管运行功能模式 U1 1 U2 2 充电 ON OFF OFF ON 慢速 / 短路制动 OFF ON OFF ON 电源恢复 OFF ON ON OFF 注 : 上表中所示参数为电流按上图所示方向流动时的举例对于电流以相反方向流动, 参数按下表所示更改模式 U1 1 U2 2 充电 OFF ON ON OFF 慢速 / 短路制动 OFF ON OFF ON 电源恢复 ON OFF OFF ON

19 过电流检测 (ISD) 和过电压 RS 检测 (VRS) 特点时间检测计数同步定时 ISD/VRS 检测信号 ISD/VRS 计数输出三极管关闭信号 (TBK=) 输出三极管关闭信号 (TBK=H) 出于解释目的, 可能简化时序图过电流检测 (ISD) 和过电压 RS 检测 (VRS) 具有排斥 irr, 开关噪声和涌入电流的消隐时间此消隐时间是以内部 OSC (OSCM) 频率为基础的 ISD,VRS 消隐时间 = OSCM 3 CK 在检测 ISD / VRS 后, 检测信号和内部 OSC(OSCM) 同步相加 ; 因此输出三极管在追加 1 CK( 最大值 ) 后关闭 ISD,VRS 检测时间 = OSCM 4 CK ISD 和 VRS 不一定保证完整 IC 的安全如果装置在指定工作范围之外使用, 这些电路可能不能适当运行 ; 因此, 这种现象可能是因装置发生输出短路现象引起的为了避免二次故障, 请在自动防故障装置 VM 线上插入保险丝

20 tbk( 噪声抵消消隐时间 ) 特点根据电机驱动装置结构合并的两种停滞时间 ( 消隐时间 ), 主要用于预防由于开关产生的噪声而导致的错误操作 < 数字 tbk> 数字 tbk 用于避免对在 H- 桥与 DC 电机一起使用时发生于电荷驱动模式下的变阻器恢复电流的错误判断可通过 TBK_A 和 TBK_B 引脚, 控制数字 tbk 时间 TBK_A/B= 低电平 : OSCM 4 clk TBK_A/B= 高电平 : OSCM 6 clk 数字 tbk 是以内部振荡器 (OSCM) 频率为基础的 ; 因此如果 OSCM 因常数发生变化, 则数字 tbk 时间亦将改变 < 模拟 tbk> 根据电机块 AC 特性指定的噪声抵消停滞时间 ( 模拟 tbk) 是中所包含的固定时间这主要用于避免对 irr( 二极管复合电流 ) 的错误判断模拟 tbk 时间是由固定时间为 400 ns( 典型值 ) 的已插入低通过滤器控制的 ( 的内部定时器 ) 的唯一值 DC 电机的数字 tbk 时间数字 tbk 数字 tbank 是在恒定电流斩波的每次充电期间开始时, 而且也是在切换 IN_1 或 IN_2 时插入的出于解释目的, 可能简化时序图

21 应用电路示例 (HSOP28) 以上应用电路仅为示例, 因此无法保证大规模生产设计

22 封装尺寸 HSOP28-P 单位 :mm 索引

23 内容注解方块图出于解释目的, 可能忽略或简化部分方块图, 电路或常数等效电路出于解释目的, 可能简化等效电路图或忽略其中的一部分时序图出于解释目的, 可能简化时序图应用电路本文件所示应用电路仅供参考在大规范生产设计阶段, 必须进行全面评估东芝不因提供这些应用电路示例而授予任何工业产权许可测试电路测试回路中的部件仅用于获取及确认器件特性不保证这些部件和电路能防止在应用设备中发生故障或失效 IC 使用注意事项 IC 处理注意事项半导体器件绝对最大额定值为一组在任何时候都不得超过的额定值严禁超过这些额定值否则会造成器件击穿损坏或退化, 并因爆炸或燃烧而使人受伤应使用适当的电源保险丝, 保证在过电流及 IC 故障的情况下不会有大电流持续流过当在超过绝对最大额定值的条件下使用, 接线路径不对, 或者在接线或负载处产生异常脉冲噪声而造成大电流持续通过时,IC 会被完全击穿, 并导致烟雾或起火为了尽量减小击穿时大电流流过的影响, 必须进行适当的设置, 例如保险丝容量, 熔断时间及插入电路的位置如果贵公司的设计包含电机线圈等感性负荷, 则设计中应纳入一个保护电路, 以防止器件因受到上电时突入电流所形成电流, 以及下电时反电动势所导致负电流的影响而发生故障或击穿进而造成伤害, 烟雾或起火应使用带 IC 的具有内置保护功能的稳定电源若电源不稳定, 保护功能可能不工作而造成 IC 击穿, 进而造成伤害, 烟雾或起火不得按错误的方向或不正确的方式插入器件保证电源的正负极端子接线正确否则电流消耗或功耗会超过绝对最大额定值而造成器件击穿, 损坏或变坏, 并因爆炸或燃烧而使人受伤此外, 严禁使用插入错误的任何器件当选择外部部件 ( 例如功率放大器和调节器 ) 或外部装置 ( 例如扬声器 ) 时, 应特别小心当电容器发生大量漏电时, 直流输出水平会增加若输出连接到低电阻电压的扬声器等装置时, 过流或 IC 故障会造成烟雾或起火 ( 过流会造成 IC 本身产生烟雾或起火 ) 当使用将输出直流电压直接输入扬声器的桥接式负载 (BT) 连接类 IC 时应特别注意

24 IC 处理注意要点过流保护电路过流保护电路 ( 简称限流电路 ) 不一定能在所有情况下对 IC 进行保护若过流保护电路在过流下工作, 应立即消除过流状态视使用方法及使用条件而定, 超过绝对最大额定值会造成过流保护电路不能正常工作或者造成 IC 在工作前击穿此外, 视使用方法及使用条件而定, 若在工作后过电流继续长时间流过,IC 会发热而造成击穿热关机电路热关机电路不一定能在所有情况下对 IC 进行保护若热关机电路在超温下工作, 应立即消除发热状况视使用方法及使用条件而定, 超过绝对最大额定值会造成热关机电路不能正常工作或者造成 IC 在工作前击穿散热设计在使用大电流 IC 时 ( 例如, 功率放大器, 调节器或驱动器 ), 请设计适当的散热装置, 保证在任何时间和情况下不会超过规定的接点温度 (TJ) 这些 IC 甚至在正常使用时会发热对于 IC 散热不足的设计, 会造成 IC 特性变差或击穿此外, 在设计器件时, 请考虑 IC 散热对外围部件的影响反电动势当电机突然反转, 停止或放慢时, 由于反电动势的影响, 电流会回流到电机电源若电源的电流吸收能力小, 器件的电机电源和输出引脚就会存在超过绝对最大额定值的风险为了避免出现这种问题, 在系统设计中应考虑反电动势的影响

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TB67S213FTAG 本资料是为了参考的目的由原始文档翻译而来使用本资料时, 请务必确认原始文档关联的最新信息, 并遵守其相关指示原本 : TB67S213FTAG 2013-08-19 翻译日 :2014-02-15 PWM 方法的相位输入双极步进马达驱动器东芝 BiCD 单晶硅集成电路 TB67S213FTAG TB67S213FTAG 是一种 PWM 方法的相位信号控制马达驱动器,