AT8870单通道直流电机驱动芯片

AT8870单通道直流电机驱动芯片
典型应用原理图

描述

AT8870是一款刷式直流电机驱动器，适用于打印机、电器、工业设备以及其他小型机器。两个逻辑输入控制H桥驱动器，该驱动器由四个N-MOS组成，能够以高达3.6A的峰值电流双向控制电机。利用电流衰减模式，可通过对输入进行脉宽调制(PWM)来控制电机转速。如果将两个输入均置为低电平，则电机驱动器将进入低功耗休眠模式。
AT8870集成电流限制功能，该功能基于模拟输入VREF 以及ISEN 引脚的电压。该器件能够将电流限制在某一已知水平，这可显著降低系统功耗要求，并且无需大容量电容来维持稳定电压，尤其是在电机启动和停转时。
内部关断功能包含过流保护，短路保护，欠压锁定和过温保护。
AT8870提供一种带有裸露焊盘的SOP-8封装，能有效改善散热性能，且是无铅产品，引脚框采用100％无锡电镀。

应用

 打印机及办公自动化设备
 电器
 机器人
 工业设备

型号选择

产品型号 封装 包装
AT8870 SOP8-PP 料管，100颗/管；卷带，5k/盘

特点

●单通道H桥电流控制电机驱动器
●宽电压供电，6.5V-38V
●低RDS(ON)电阻
●3.6A峰值驱动输出，2A持续输出能力
●PWM电流整流/限流
●支持低功耗休眠模式
●过温关断电路
●短路保护
●欠压锁定保护
●自动故障恢复

封装形式

SOP8 with PAD

典型应用原理图

功能结构框图

推荐工作条件

at Ta = 25°C

		Min	NOM	Max	Unit
功率电源	VM	6.5	-	38	V
连续输出电流	IOUT	0		2	A
峰值输出电流	IPEAK	0		3. 6	A
逻辑输入电压	VIN	0	-	5.75	V
逻辑输入频率	fPWM	0		100	kHZ
参考电压	VREF	0.5		5	V

(1) 芯片大电流工作时，做好芯片散热。

电特性

atTa = 25°C,VM= 24V

H-BRIDGE FETS
RDS(ON) |
高侧 FET 导通电阻 | I O = 1A， T J = 25°C 200 | mΩ
低侧 FET 导通电阻 | I O = 1A， T J = 25°C | 150
IOCP | 过流峰值 | 4.5 | 5 | 6 | A

模块功能描述

AT8870是一款刷式直流电机驱动器，VM单电源供电，内置电荷泵。两个逻辑输入控制H桥驱动器，该驱动器由四个N-MOS组成，能够以高达3.6A的峰值电流双向控制电机。该芯片利用电流衰减预置最大输出电流，能够将电流限制在某一已知水平。如果将两个输入均置为低电平，则电机驱动器将进入低功耗休眠模式。
内部关断功能包含过流保护，短路保护，欠压锁定和过温保护。

Bridge Control

输入管脚 IN1、IN2 控制H 桥的输出状态。下表显示了彼此间的逻辑关系。

IN1	IN2	OUT1	OUT2	说明
0	0	Z	Z	滑行，休眠
1	0	H	L	正向
0	1	L	H	反向
1	1	L	L	刹车

H 桥控制逻辑表

逻辑输入也可以使用 PWM 控制来达到调速功能。当用 PWM 波控制一个桥臂时，并且在驱动电流为关断时，由于电机的电感特性要求电流连续流通。这个电流叫做续流。为了操作这种电流，H 桥可以操作在两种不同的状态，快衰减或者慢衰减。在快衰减模式，H 桥是被禁止的，续流电流流经体二极管；在慢衰减模式，电机的下臂是短路的。
当 PWM 控制用于快衰模式，PWM 信号控制一个 xIN 管脚，而另一个管脚维持低电平；当运用于慢衰减，另一管脚维持高电平。

PWM Control of Motor Speed

IN1	IN2	FUNCTION
PWM	0	Forward PWM, fast decay
1	PWM	Forward PWM, slow decay
0	PWM	Reverse PWM, fast decay
PWM	1	Reverse PWM, slow decay

下图显示了在不同驱动和衰减模式下的电流通路。

Drive and Decay Modes

CurrentControl

通过固定频率的 PWM 电流整流器，流过电机驱动桥臂的电流是被限制的或者是被控制的。在 DC 电机应用中，电流控制功能作用于限制开启电流和停转电流。
当一个 H 桥被使能，流过相应桥臂的电流以一个斜率上升，此斜率由直流电压 VM 和电机的电感特性决定。
当电流达到设定的阈值，驱动器会关闭此电流，直到下一个 PWM 循环开始。注意，在电流被使能的那一刻，ISEN 管脚上的电压是被忽略的，经过一个固定时间后，电流检测电路才被使能。这个消隐时间一般固定在 2us。

这个消隐时间同时决定了在操作电流衰减时的最小 PWM 时间。
PWM 目标电流是由比较器比较连接在 ISEN管脚上的电流检测电阻上的电压乘以一个 10 倍因子和一个参考电压决定。参考电压通过 VREF 输入。以下公式为 100%计算目标电流：

举个例子：假如使用了一个 0.15Ω的电阻，参考电压为 3.3V，这样目标电流为 2.2A。
注意：假如电流控制功能不需要使用，ISEN 管脚需直接接地。

电流衰减时序

当电流达到 I TRIP ，H 桥的两个下管打开，维持一个 t OFF 时间（25us），然后相应上管再打开。

DEAD TIME

当输出由高电平转变成低电平，或者由低电平转变为高电平，死区时间的存在是为了防止上下管同时导通。
死区时间内，输出是一个高阻态。当需要在输出上测量死区时间，需要根据相应管脚当时的电流方向来测量。
如果电流是流出此管脚，此时输出端电压是低于地电平一个二极管压降；如果电流是流入此管脚，此时输出端电压是高于电源电压 VM 一个二极管压降。

死区时间

休眠模式

当 IN1、IN2 都为低，维持 1ms 以上，器件将进入休眠模式，从而大大降低器件空闲的功耗。进入休眠模式后，器件的H 桥被禁止，电荷泵电路停止工作。在 VM 上电时候，如果 IN1、IN2 都为低，芯片是立马进去休眠模式。当 IN1 或 IN2 翻转为高电平且至少维持 5us，经过延迟约 50us，芯片恢复到正常的操作状。

保护电路

AT8870 有过流保护，过温保护和欠压保护。

过流保护 (OCP)

在每一个FET 上有一个模拟电流限制电路，此电路限制流过 FET 的电流，从而限制门驱动。如果此过流模拟电流维持时间超过 OCP 脉冲时间，H 桥内所有 FET 被禁止。经过一个 OCP 尝试时间（tOCP），驱动器会被重新使能。如果这个错误条件仍然存在，上述这个现象重复出现。如果此错误条件消失了，驱动恢复正常工作。

H 桥上臂和下臂上的过流条件是被独立检测的。对地短路，对 VM 短路，和输出之间短路，都会造成过流关闭。注意，过流保护不使用 PWM 电流控制的电流检测电路，所以过流保护功能不作用与 ISEN电阻。

过温保护 (TSD)

如果结温超过安全限制阈值，H桥的 FET被禁止。一旦结温降到一个安全水平，所有操作会自动恢复正常。

欠压锁定保护(UVLO)

在任何时候，如果 VM 管脚上的电压降到低于欠压锁定阈值，内部所有电路会被禁止，内部所有复位。当VM 上的电压上升到 UVLO 以上，所有功能自动恢复。

电路应用信息

限制峰值电流 2.2A。

版图注意事项

PCB板上应覆设大块的散热片，地线的连接应有很宽的地线覆线。为了优化电路的电特性和热参数性能，芯片应该直接紧贴在散热片上。
对电极电源 VM，应该连接不小于 47uF 的电解电容对地耦合，电容应尽可能的靠近器件摆放。
为了避免因高速 dv/dt 变换引起的电容耦合问题，驱动电路输出端电路覆线应远离逻辑控制输入端的覆线。
逻辑控制端的引线应采用低阻抗的走线以降低热阻引起的噪声。

地线设置

一个位于器件下的星状发散的地线覆设，将是一个优化的设计。在覆设的地线下方增加一个铜散热片会更好的优化电路性能。

电流取样设置

为了减小因为地线上的寄生电阻引起的误差，马达电流的取样电阻 RS 接地的地线要单独设置，减小其他因素引起的误差。单独的地线最终要连接到星状分布的地线总线上，该连线要尽可能的短，对小阻值的 Rs，由于Rs 上的压降 V=I*Rs 为 0.5V，PCB 上的连线压降与 0.2V的 电压将显得不可忽视，这一点要考虑进去。
PCB尽量避免使用测试转接插座，测试插座的连接电阻可能会改变 Rs的大小，对电路造成误差。Rs 值的选择遵循下列公式：
Rs＝0.5/I TRIP max

热保护

当内部电路结温超过 165℃时，过温模块开始工作，关断内部多有驱动电路。过温保护电路只保护电路温度过高产生的问题，而不应对输出短路的情况产生影响。热关断的阈值窗口大小为 40℃。

TOPVIEW

SOP8-PP

管脚列表

NAME	PIN	PinDescription	EXTERNAL COMPONENTS OR CONNECTIONS
GND	1	芯片地	GND管脚和芯片裸焊盘接到电源地。
PPAD	-
VM	5	芯片电源	芯片电源和电机电源，做好电源滤波。
IN1	3	逻辑输入	控制H桥输出状态，内置下拉电阻
IN2	2
VREF	4	H桥参考电压输入	参考电压输入，来设定驱动峰值电流
ISEN	7	H桥 ground / Isense	H桥检流端，接检流电阻到地，若不需要限流，直接接地。
OUT1	6	H桥输出 1	H桥输出，定义正向电流为 OUT1 → OUT2
OUT2	8	H桥输出 2