SGM42501：高性能3.6A有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片解析

在電子工程師的日常工作中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇至關(guān)重要，它直接影響到電機(jī)的性能和整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。今天，我們就來深入了解一下圣邦微電子（SGMICRO）推出的SGM42501有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。

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一、產(chǎn)品概述

SGM42501是一款集成了四個(gè)N - MOSFET的有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，能夠在40V電壓下提供高達(dá)3.6A的峰值電流。它支持PH/EN接口，可通過輸入接口實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)來調(diào)節(jié)電機(jī)速度，還能通過VREF引腳結(jié)合控制器的DAC輸出或經(jīng)過RC濾波后的PWM信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)整PWM電流限制或扭矩。此外，該芯片具備過流、短路、欠壓鎖定和熱關(guān)斷等多種保護(hù)功能，故障排除后可自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。它采用綠色SOIC - 8（外露焊盤）封裝。

二、產(chǎn)品特性

2.1 強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力

• H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)：采用H橋結(jié)構(gòu)，能夠方便地控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。
• 寬工作電壓范圍：工作電壓范圍為7V至40V，能適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。
• 低導(dǎo)通電阻：在+25℃時(shí)，高側(cè)和低側(cè)的總導(dǎo)通電阻僅為0.41Ω，可有效降低功耗。
• 高峰值輸出電流：能夠提供3.6A的峰值輸出電流，滿足大多數(shù)有刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求。

2.2 靈活的控制方式

• PH/EN接口：支持PH/EN接口，可通過PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的精確調(diào)節(jié)。
• 實(shí)時(shí)可調(diào)的PWM電流限制：通過VREF引腳，可結(jié)合控制器的DAC輸出或PWM信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)整電流限制，以滿足不同的應(yīng)用需求。

2.3 低功耗與保護(hù)功能

• 低功耗待機(jī)模式：當(dāng)EN/PH引腳低電平持續(xù)超過1ms時(shí)，芯片進(jìn)入低功耗待機(jī)模式，可有效降低功耗。
• 集成保護(hù)功能：具備過流保護(hù)（OCP）、欠壓鎖定（UVLO）、熱關(guān)斷（TSD）和自動(dòng)重試功能，能有效保護(hù)芯片和電機(jī)，提高系統(tǒng)的可靠性。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

SGM42501適用于多種領(lǐng)域，如打印機(jī)、真空吸塵器、機(jī)器人、工業(yè)泵和閥門等。這些應(yīng)用場(chǎng)景都對(duì)電機(jī)的控制精度和穩(wěn)定性有較高要求，而SGM42501的高性能特性正好滿足了這些需求。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過因?yàn)殡姍C(jī)驅(qū)動(dòng)芯片性能不足而導(dǎo)致系統(tǒng)故障的情況呢？

四、典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路中，電源VM通過電容進(jìn)行濾波，EN和PH引腳連接到控制器，VREF引腳根據(jù)需要連接DAC輸出或經(jīng)過RC濾波后的PWM信號(hào)。OUT1和OUT2引腳連接到電機(jī)，LSS引腳可用于電流檢測(cè)。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要注意電容的選擇和布局，以確保電源的穩(wěn)定性。大家認(rèn)為在實(shí)際布線中，哪些地方需要特別注意呢？

五、引腳配置與功能

5.1 引腳配置

5.2 引腳功能詳解

• GND：作為整個(gè)電路的參考地，確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行。
• EN：通過控制該引腳的電平，可以使電機(jī)進(jìn)入不同的工作模式，如制動(dòng)、滑行或正常運(yùn)行。
• PH：結(jié)合PWM信號(hào)，可精確控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和速度。
• VREF：用于設(shè)置電流限制，通過調(diào)整VREF的電壓值，可以改變電機(jī)的最大電流。
• VM：為芯片提供電源，要確保電源的穩(wěn)定性和紋波符合要求。
• OUT1和OUT2：連接到電機(jī)，輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的電壓和電流。
• LSS：可用于電流檢測(cè)，幫助實(shí)現(xiàn)精確的電流控制。

六、電氣特性

6.1 電源特性

• 電源電壓：工作電壓范圍為7V至40V，電源電流在VM = 12V時(shí)為2 - 3mA，待機(jī)模式下電源電流為3 - 5μA。

  6.2 邏輯輸入特性

• 輸入邏輯低電壓：在-40℃至+125℃的溫度范圍內(nèi)，輸入邏輯低電壓為0.5V。
• 輸入邏輯高電壓：在相同溫度范圍內(nèi)，輸入邏輯高電壓為1.5V。

  6.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出特性

• 高側(cè)FET導(dǎo)通電阻：在VM = 24V，IOUT = 0.5A時(shí)，高側(cè)FET導(dǎo)通電阻為250 - 300mΩ。
• 低側(cè)FET導(dǎo)通電阻：在相同條件下，低側(cè)FET導(dǎo)通電阻為160 - 190mΩ。

  6.4 保護(hù)特性

• 欠壓鎖定：當(dāng)VM引腳電壓低于6 - 6.6V時(shí)，芯片進(jìn)入欠壓鎖定狀態(tài)；當(dāng)電壓回升到6.2 - 6.8V時(shí)，恢復(fù)正常工作。
• 過流保護(hù)：過流保護(hù)跳閘電平為4A，過流消抖時(shí)間為2μs，過流重試時(shí)間為10ms。
• 熱關(guān)斷：當(dāng)結(jié)溫超過165℃時(shí)，芯片進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)，溫度回落后恢復(fù)工作，熱關(guān)斷溫度遲滯為30℃。

大家在實(shí)際使用中，是否會(huì)特別關(guān)注這些電氣特性對(duì)電機(jī)性能的影響呢？

七、PWM控制與真值表

7.1 PWM控制

PWM信號(hào)可應(yīng)用于EN或PH引腳，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的控制。當(dāng)PWM信號(hào)應(yīng)用于EN引腳時(shí)，PH引腳設(shè)置為高或低來控制電機(jī)方向；當(dāng)PWM信號(hào)應(yīng)用于PH引腳時(shí)，EN引腳需設(shè)置為高以啟用輸出。

7.2 真值表

通過這些真值表，我們可以清晰地了解芯片在不同輸入信號(hào)下的工作狀態(tài)，從而更好地進(jìn)行電機(jī)控制。大家在實(shí)際編程中，是如何根據(jù)這些真值表來實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制的呢？

八、詳細(xì)工作原理

8.1 內(nèi)部電荷泵

內(nèi)部電荷泵用于產(chǎn)生必要的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，確保MOSFET能夠正常導(dǎo)通。

8.2 待機(jī)模式

當(dāng)EN/PH引腳低電平持續(xù)超過1ms時(shí)，芯片進(jìn)入待機(jī)模式，此時(shí)輸出MOSFET、電荷泵和調(diào)節(jié)器關(guān)閉，以節(jié)省功耗。

8.3 內(nèi)部PWM電流控制

采用固定關(guān)斷時(shí)間控制電路來限制輸出電流。當(dāng)電機(jī)電流超過電流限制設(shè)置時(shí)，兩個(gè)低側(cè)MOSFET會(huì)同時(shí)導(dǎo)通tOFF時(shí)間，采用慢衰減模式來調(diào)整電流。電流限制由VREF和RS共同決定，計(jì)算公式為：(TRIPMAX =frac{V{REF }}{10 × R{S}})。

8.4 保護(hù)功能

• 過流保護(hù)（OCP）：每個(gè)MOSFET都有預(yù)設(shè)的過流限制，當(dāng)發(fā)生過流時(shí)，整個(gè)H橋?qū)⒈唤茫酒瑫?huì)在tRETRY后重試。
• 熱關(guān)斷（TSD）：當(dāng)芯片結(jié)溫過高時(shí)，驅(qū)動(dòng)會(huì)關(guān)閉，溫度恢復(fù)到安全水平后，芯片恢復(fù)工作。
• 欠壓鎖定（UVLO）：當(dāng)VM引腳電壓低于欠壓鎖定閾值時(shí)，芯片被禁用，電源電壓回升后恢復(fù)工作。

九、應(yīng)用注意事項(xiàng)

9.1 感測(cè)引腳（LSS）

如果使用PWM電流控制，建議在LSS和GND引腳之間放置一個(gè)低值電阻用于電流感測(cè)。要注意最小化接地走線的IR壓降，推薦使用表面貼裝和低電感的感測(cè)電阻，并考慮電阻的封裝和散熱問題。在PCB布局時(shí)，應(yīng)將電阻盡可能靠近電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。

9.2 接地和布局準(zhǔn)則

• 電源去耦：電源VM建議使用大容量電容和小容量陶瓷電容并聯(lián)進(jìn)行去耦，陶瓷電容應(yīng)盡可能靠近芯片。
• 散熱設(shè)計(jì)：芯片底部的外露焊盤用于散熱，應(yīng)直接焊接到PCB板的外露表面，并可使用熱過孔來增強(qiáng)散熱效果。
• 單點(diǎn)接地：建議采用低阻抗的單點(diǎn)接地（星型接地），通常將芯片熱焊盤下方的銅接地平面作為星型接地。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中，是否有遇到過因?yàn)榻拥睾筒季謫栴}導(dǎo)致的干擾或散熱不良的情況呢？

十、封裝與訂購(gòu)信息

10.1 封裝信息

SGM42501采用SOIC - 8（外露焊盤）封裝，具體尺寸和推薦焊盤尺寸可參考文檔中的詳細(xì)說明。

10.2 訂購(gòu)信息

其中，XXXXX為日期代碼、追溯代碼和供應(yīng)商代碼。

總之，SGM42501是一款性能出色、功能豐富的有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，在多種應(yīng)用場(chǎng)景中都能發(fā)揮重要作用。電子工程師在設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，可以充分考慮其特性和優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電機(jī)控制。大家對(duì)這款芯片還有什么疑問或使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。