SGM42537低電壓H橋驅(qū)動(dòng)器：設(shè)計(jì)與應(yīng)用解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電機(jī)驅(qū)動(dòng)是一個(gè)關(guān)鍵且廣泛應(yīng)用的部分。今天要介紹的SGM42537低電壓H橋驅(qū)動(dòng)器，以其獨(dú)特的性能和特點(diǎn)，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)帶來了新的選擇。

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一、產(chǎn)品概述

SGM42537是一款低電壓集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，適用于電池或非電池供電的應(yīng)用。它采用N - MOSFET H橋輸出，可驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，也能驅(qū)動(dòng)諸如螺線管和繼電器等其他負(fù)載。其獨(dú)立的電源引腳（VM）能從第二個(gè)電源為負(fù)載提供高達(dá)3A的峰值電流，VM電壓范圍為0V至12V，而器件本身可由2V至5.5V的低電流（< 2 mA）電源（VCC）供電。內(nèi)部電荷泵為高端開關(guān)提供柵極驅(qū)動(dòng)電壓。

二、產(chǎn)品特性

（一）驅(qū)動(dòng)能力

• N溝道H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)：能夠?qū)崿F(xiàn)雙向有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滿足不同方向的運(yùn)動(dòng)控制需求。
• 低導(dǎo)通電阻：HS + LS MOSFET導(dǎo)通電阻為180mΩ，有助于降低功率損耗。
• 大輸出電流：最大輸出電流可達(dá)3A，能滿足大多數(shù)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求。

（二）供電與頻率

• 獨(dú)立供電：負(fù)載（電機(jī)）和邏輯電源分開，VM電壓范圍0V至12V，VCC邏輯電源為2V至5.5V且電流需求小于2mA，VCC還可由GPIO供電以實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)功能。
• 寬開關(guān)頻率：開關(guān)頻率范圍為0kHz至250kHz，提供了靈活的控制選項(xiàng)。

（三）睡眠模式

• 超低功耗：具有專用的nSLEEP輸入引腳，可進(jìn)入超低功耗睡眠模式，降低系統(tǒng)功耗。

（四）保護(hù)功能

• 自動(dòng)恢復(fù)保護(hù)：具備VCC欠壓鎖定（UVLO）、過流保護(hù)（OCP）和熱關(guān)斷（TSD）等保護(hù)功能，且能自動(dòng)恢復(fù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。

（五）封裝形式

采用綠色TDFN - 2×2 - 8AL封裝，符合環(huán)保要求。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

SGM42537的應(yīng)用范圍廣泛，包括有刷直流電機(jī)、螺線管和繼電器驅(qū)動(dòng)，還可用于相機(jī)、單反鏡頭、消費(fèi)產(chǎn)品、玩具、機(jī)器人和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。

四、電氣特性與參數(shù)

（一）電源相關(guān)參數(shù)

• VM工作電源電流：無PWM且無負(fù)載時(shí)，最大值為130μA；50kHz PWM且無負(fù)載時(shí)，典型值為210μA。
• VM睡眠模式電源電流：VCC = 0V且所有輸入為0V時(shí)，VM = 2V時(shí)最大值為70nA，VM = 5V時(shí)最大值為70nA。
• VCC工作電源電流：最大值為1050μA。
• VCC欠壓鎖定電壓：上升閾值為1.65 - 2V，下降閾值為1.55 - 1.85V。

（二）邏輯輸入?yún)?shù)

• 輸入低電壓：最大為0.3×Vcc。
• 輸入高電壓：最小為0.5×Vcc。
• 輸入低電流：- 200 - 200nA。
• 輸入高電流：典型值為23μA，最大值為30μA。
• 下拉電阻：約為140kΩ。

（三）H橋FET參數(shù)

• HS + LS FET導(dǎo)通電阻：在不同的Vcc和VM電壓下，導(dǎo)通電阻有所不同，例如Vcc = 3V、VM = 3V且Io = 800mA、T = +25°C時(shí)，最大值為240mΩ。
• 關(guān)斷狀態(tài)泄漏電流：- 500 - 500nA。

（四）保護(hù)電路參數(shù)

• 過流保護(hù)跳閘電平：典型值為5.0A，最大值為7.0A。
• 過流保護(hù)重試時(shí)間：典型值為5ms。
• 過流消抖時(shí)間：典型值為1.4μs。
• 輸出死區(qū)時(shí)間：典型值為100ns。
• 熱關(guān)斷溫度：典型值為165°C，最大值為180°C。
• 熱關(guān)斷遲滯：典型值為30°C。

五、設(shè)計(jì)與應(yīng)用要點(diǎn)

（一）設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)時(shí)，需要確定電機(jī)電源電壓VM、邏輯電源電壓VCC和目標(biāo)RMS電流IOUT等參數(shù)。例如，電機(jī)電源電壓VM可選擇9V，邏輯電源電壓VCC選擇3.3V，目標(biāo)RMS電流IOUT為0.8A。

（二）VM電源電壓

負(fù)載電壓額定值通常決定了所需的VM電壓。對(duì)于有刷直流電機(jī)，降低電源電壓會(huì)降低電機(jī)在相同PWM占空比下的轉(zhuǎn)速，而選擇較高的VM會(huì)增加負(fù)載電流和開關(guān)時(shí)的電流變化率。

（三）大容量電容

在電源線上需要有足夠的大容量電容以避免不穩(wěn)定。但電容過大可能會(huì)增加設(shè)計(jì)的尺寸和成本，并對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。需要綜合考慮負(fù)載或電機(jī)系統(tǒng)的峰值電流、電源的電流供應(yīng)能力、寄生線路電感、系統(tǒng)可接受的線路電壓紋波以及電機(jī)制動(dòng)/反轉(zhuǎn)方法等因素來選擇合適的電容。

（四）電源和輸入

VCC和VM電源可以按任意順序施加和移除。移除VCC會(huì)使器件進(jìn)入低功耗睡眠狀態(tài)，VM電流會(huì)降至非常小的水平。所有輸入引腳通過約100kΩ的電阻弱下拉至GND，在睡眠模式下，應(yīng)將輸入保持在GND電平以最小化電源電流。

（五）PCB布局

在VCC和GND引腳附近使用0.1μF低ESR陶瓷電容來解耦VCC電壓，選擇粗走線以減少寄生電阻和電感，優(yōu)先使用接地平面連接電容返回器件GND。同時(shí)，在器件附近的VCC和GND之間還需要一個(gè)大容量電容（如電解電容）來穩(wěn)定電源電壓。

（六）熱考慮

當(dāng)芯片溫度超過約+160°C時(shí)，器件會(huì)發(fā)生熱關(guān)斷。為避免不必要的熱關(guān)斷，在布局時(shí)應(yīng)考慮對(duì)器件進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳?。使用器件下方的暴露焊盤進(jìn)行散熱，并將其連接到大型銅平面，最好使用連接到其他層平面（尤其是PCB背面層）的熱過孔來改善散熱和器件冷卻。同時(shí)，還應(yīng)考慮自然空氣循環(huán)以保持器件周圍的低環(huán)境溫度。

（七）功率損耗

器件在工作模式下的功率損耗主要是由于輸出MOSFET的導(dǎo)通電阻（RDSON）。H橋中的近似功率損耗可以通過公式(PTOT = 2 × RDSON × (IOUT_RMS)^2)來估算，其中PTOT是器件的功率耗散，IOUT_RMS是負(fù)載或電機(jī)繞組中的RMS輸出電流。

六、總結(jié)

SGM42537低電壓H橋驅(qū)動(dòng)器以其豐富的特性和良好的性能，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，合理選擇參數(shù)，注意電源、電容、布局和散熱等方面的問題，以充分發(fā)揮該驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。你在使用SGM42537進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。