STMicroelectronics STSPIN958可擴(kuò)展全橋驅(qū)動(dòng)器是一款具有高動(dòng)態(tài)性能功率級(jí)的5A器件，支持用戶(hù)通過(guò)精確占空比實(shí)現(xiàn)高頻PWM控制。STSPIN958具有可調(diào)節(jié)閾值電流限流器和關(guān)斷時(shí)間，并可選擇慢速或混合衰減，用于有刷直流電機(jī)。通過(guò)采用外部分流電阻器，兩個(gè)具有固定放大系數(shù)的放大器可提供電流檢測(cè)。可調(diào)節(jié)的壓擺率確保了性能和EMI之間的最佳平衡。STMicroelectronics STSPIN958驅(qū)動(dòng)器提供具有七種不同工作方式的多功能功率級(jí)，從而具有高度靈活性，還提供全套保護(hù)功能，包括過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)以及低總線(xiàn)電壓檢測(cè)。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：STMicroelectronics STSPIN958可擴(kuò)展全橋驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

特性

• 工作電壓高達(dá)58V
• 最大輸出電流：5ARMS
• 7種驅(qū)動(dòng)方法，包括雙路半橋、單全橋和半橋并聯(lián)模式
• RDS（ON） HS + LS = 0.33?（典型狀態(tài)）
• 可調(diào)節(jié)功率MOS壓擺率
• 關(guān)閉時(shí)間可調(diào)，可選擇慢速或混合衰減。
• 集成放大器采用2種不同的嵌入式電流控制技術(shù)
• 低待機(jī)功耗
• 保護(hù)特性
  • UVLO
  • 過(guò)流保護(hù)
  • 熱關(guān)斷

框圖

STSPIN958可擴(kuò)展全橋驅(qū)動(dòng)器技術(shù)解析與應(yīng)用設(shè)計(jì)

一、產(chǎn)品概述與核心特性

STSPIN958是STMicroelectronics推出的一款專(zhuān)為有刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展5A全橋驅(qū)動(dòng)器，其功率級(jí)具備高動(dòng)態(tài)性能，可實(shí)現(xiàn)高頻PWM控制與精確占空比。

? 主要特性： ?

• 工作電壓最高58V
• 最大輸出電流5Arms
• 七種驅(qū)動(dòng)模式：雙半橋、單全橋和半橋并聯(lián)模式
• 典型導(dǎo)通電阻RDS(ON) HS + LS = 0.33?
• 可調(diào)節(jié)功率MOSFET轉(zhuǎn)換速率
• 集成兩個(gè)不同嵌入式電流控制技術(shù)的放大器
• 具備欠壓鎖定(UVLO)、過(guò)流保護(hù)和熱關(guān)斷等完整保護(hù)功能

? 應(yīng)用領(lǐng)域： ? 舞臺(tái)燈光、工廠自動(dòng)化、ATM和貨幣處理機(jī)、紡織機(jī)械、家電、機(jī)器人技術(shù)、天線(xiàn)控制、自動(dòng)售貨機(jī)等。

二、電氣參數(shù)與技術(shù)規(guī)格

2.1 極限工作條件

• 控制邏輯電源電壓VDD：-0.3V至4V
• 功率級(jí)電源電壓VS：-0.3V至62V
• 電荷泵輸入電壓VSPUMP：VS ± 0.1V
• 輸出電流：持續(xù)最高5Arms，受OC保護(hù)限制

2.2 推薦工作條件

• 控制邏輯電源電壓VDD：2.8V至3.6V（典型3.3V）
• 功率級(jí)電源電壓VS：5.05V至58V
• 工作溫度范圍：-40°C至85°C

2.3 熱管理參數(shù)

• 結(jié)至環(huán)境熱阻RthJA：35.8°C/W
• 結(jié)至外殼熱阻RthJCtop：22.8°C/W
• 結(jié)至板熱阻RthJB：17.4°C/W

三、系統(tǒng)架構(gòu)與功能模塊

3.1 電源管理架構(gòu)

器件配備三個(gè)電源引腳：

• ?VDD?：控制邏輯電源電壓
• ?VS?：所有功率級(jí)的供電電壓
• ?VBOOT?：高端柵極驅(qū)動(dòng)器的供電電壓

電源序列管理：

• 上電期間，器件保持欠壓鎖定狀態(tài)，直至VS超過(guò)VSth(ON)閾值且VBOOT超過(guò)VBOth(ON)閾值
• 運(yùn)行期間VS低于VSth(ON) - VSth(Hyst)時(shí)，返回UVLO狀態(tài)
• VDD電源電壓低于VDDth(ON) - VDDth(Hyst)時(shí)，器件斷電

3.2 功率級(jí)與電荷泵電路

STSPIN958集成功率NMOS半橋，輸入PWM信號(hào)根據(jù)所選驅(qū)動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)相應(yīng)半橋。為實(shí)現(xiàn)精確占空比和不同半橋激活間的低抖動(dòng)，PWM信號(hào)傳播延遲經(jīng)過(guò)優(yōu)化。

? 電荷泵特性： ?

• 通過(guò)內(nèi)部振蕩器與集成開(kāi)關(guān)、外部電容實(shí)現(xiàn)
• 開(kāi)關(guān)頻率fPWM：最高500kHz
• 建議電容值：
  • 電荷泵電容CCP：100nF
  • 自舉電容CBOOT：1μF

3.3 集成運(yùn)算放大器

器件集成兩個(gè)具有固定ACL放大系數(shù)的運(yùn)算放大器，每個(gè)放大器內(nèi)部連接到低側(cè)MOSFET的源極，輸出通過(guò)專(zhuān)用引腳外部可用。

四、驅(qū)動(dòng)邏輯與工作模式

4.1 七種驅(qū)動(dòng)模式

通過(guò)MODE1、MODE2、MODE3三個(gè)輸入引腳的狀態(tài)選擇：

1. ?雙半橋模式? - 固定關(guān)斷時(shí)間
2. ?單全橋模式? - 固定關(guān)斷時(shí)間
3. ? 單半橋模式（并聯(lián)模式） ? - 固定關(guān)斷時(shí)間
4. ? 單全橋模式（混合衰減） ? - 固定關(guān)斷時(shí)間
5. ?雙半橋模式? - PWM修整
6. ?單全橋模式? - PWM修整
7. ? 單半橋模式（并聯(lián)模式） ? - PWM修整

? 重要提示： ? 不允許在運(yùn)行期間從一種驅(qū)動(dòng)模式切換到另一種模式。

五、PWM電流控制技術(shù)

5.1 兩種電流限制模式

1. ?固定關(guān)斷時(shí)間模式?
2. ?PWM修整模式?

5.2 電流限制器工作原理

電流限制器內(nèi)部連接到V1和REF引腳。放大器的輸入電壓經(jīng)過(guò)ACL放大后在V1輸出，該電壓與相應(yīng)參考電壓比較，觸發(fā)后器件根據(jù)選定衰減策略運(yùn)行。

? 參考電壓計(jì)算公式： ?
VREFx = RSENSE × ACL + VAMPoffset + VAMPoffset

其中VAMPoffset等于0（OFFSETx為低電平）或VDD/2（OFFSETx為高電平）。

5.3 關(guān)斷時(shí)間調(diào)節(jié)

通過(guò)連接到TOFF引腳的ROFF電阻和COFF電容值設(shè)置toff時(shí)間，具體關(guān)系如圖9所示。將TOFF短接到地可禁用電流限制器。

六、保護(hù)機(jī)制詳解

6.1 過(guò)流保護(hù)

獨(dú)立于電流限制器的集成電路保護(hù)功率級(jí)免受過(guò)流條件影響。如果流過(guò)集成MOSFET之一的電流超過(guò)IOC閾值，OC保護(hù)關(guān)閉所有MOSFET并強(qiáng)制EN/nFAULT開(kāi)漏輸出為低電平。

6.2 熱關(guān)斷保護(hù)

當(dāng)內(nèi)部溫度超過(guò)TSD溫度時(shí)，功率級(jí)被禁用，直到溫度回落到TSD - TSD(Hyst)以下。

? 熱保護(hù)參數(shù)： ?

• 熱關(guān)斷閾值TSD：150°C
• 熱關(guān)斷遲滯TSD(Hyst)：30°C

七、典型應(yīng)用設(shè)計(jì)與布局指導(dǎo)

7.1 外圍元件選擇建議

• 電荷泵電容CCP：100nF
• 自舉電容CBOOT：1μF
• 電源旁路電容：
  • CDD：220nF（VDD旁路）
  • CBULK：220μF（大容量旁路）
  • CS：470nF（VS旁路）

7.2 PCB布局關(guān)鍵點(diǎn)

1. 兩個(gè)470nF旁路電容必須連接在VS電源引腳與地之間
2. 一個(gè)220nF旁路電容必須連接在VDD電源引腳與地之間
3. 這些電容必須采用低ESR陶瓷技術(shù)
4. 電容應(yīng)盡可能靠近引腳放置
5. 大容量電容需放置以最小化VS和GND之間大電流路徑的長(zhǎng)度
6. 連接金屬走線(xiàn)應(yīng)盡可能寬，并配備多個(gè)連接PCB層的過(guò)孔