SGM42535 雙低電壓 H 橋 IC：電機(jī)驅(qū)動(dòng)的理想之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)是一個(gè)常見(jiàn)且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。今天，我們就來(lái)深入了解一款性能出色的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片——SGM42535 雙低電壓 H 橋 IC。

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一、產(chǎn)品概述

SGM42535 芯片集成了兩個(gè) H 橋驅(qū)動(dòng)器，可用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、兩個(gè)直流電機(jī)以及其他設(shè)備，如螺線管等。每個(gè) H 橋能夠提供高達(dá) 1.5A 的輸出電流，電機(jī)電源電壓范圍為 0V - 12V，設(shè)備電源電壓范圍為 2V - 5.5V。其輸出驅(qū)動(dòng)模塊由 N 溝道功率 MOSFET 組成，配置為 H 橋來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組，內(nèi)部電荷泵可產(chǎn)生柵極驅(qū)動(dòng)電壓。該芯片適用于消費(fèi)電子、相機(jī)、玩具等電池供電或低電壓運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用。

二、產(chǎn)品特性

（一）雙 H 橋驅(qū)動(dòng)能力

能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)或兩個(gè)直流電機(jī)，具備低導(dǎo)通電阻（HS + LS 為 300mΩ）的特點(diǎn)，有助于降低功耗。

（二）獨(dú)立電源供電

邏輯電源和電機(jī)電源分開供電，設(shè)備電源電壓范圍為 2V - 5.5V，電機(jī)電源電壓范圍為 0V - 12V，這種設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

（三）高驅(qū)動(dòng)電流

每個(gè) H 橋的驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá) 1.5A，還可將橋并聯(lián)以實(shí)現(xiàn) 3A 的驅(qū)動(dòng)電流，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

（四）靈活的接口

具有靈活的 PWM 或 PHASE/ENBL 接口，與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備兼容，方便工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（五）綠色封裝

采用 Green TDFN - 3×2 - 12L 封裝，符合環(huán)保要求。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

SGM42535 的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋了消費(fèi)產(chǎn)品、玩具、相機(jī)、數(shù)碼單反鏡頭、醫(yī)療設(shè)備和機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域。其出色的性能和穩(wěn)定性，能夠?yàn)檫@些設(shè)備的電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供可靠的支持。

四、產(chǎn)品規(guī)格

（一）絕對(duì)最大額定值

• 電機(jī)電源電壓（VM）： - 0.3V 至 13.2V
• 設(shè)備電源電壓（VCC）： - 0.3V 至 6V
• 數(shù)字輸入引腳電壓： - 0.5V 至 VCC + 0.5V
• 每個(gè) H 橋的連續(xù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出電流： - 1.5A 至 1.5A
• 結(jié)溫： + 150℃
• 存儲(chǔ)溫度范圍： - 65℃ 至 + 150℃
• 引腳溫度（焊接，10s）： + 260℃
• ESD 敏感度：HBM 為 ±4000V，CDM 為 ±2000V

（二）推薦工作條件

• 電機(jī)電源電壓（VM）：0V 至 12V
• 設(shè)備電源電壓（VCC）：2V 至 5.5V
• 邏輯電平輸入電壓（VIN）：0V 至 VCC
• H 橋輸出電流：0A 至 1.5A
• 外部施加的 PWM 頻率：0kHz 至 250kHz
• 工作結(jié)溫范圍： - 40℃ 至 + 150℃

五、引腳配置與功能

（一）引腳配置

SGM42535 采用 TDFN - 3×2 - 12L 封裝，各引腳功能明確。例如，VM 為電機(jī)電源引腳，需用 0.1μF（最?。┨沾?a href="http://m.makelele.cn/tags/電容/" target="_blank">電容旁路到 GND；VCC 為設(shè)備電源引腳，同樣需用 0.1μF（最?。┨沾呻娙菖月返?GND。AIN1/APHASE、AIN2/AENBL、BIN1/BPHASE、BIN2/BENBL 等引腳用于輸入控制，AOUT1、AOUT2、BOUT1、BOUT2 用于連接電機(jī)繞組。

（二）引腳功能

不同引腳的功能在不同模式下有所不同。如 MODE 引腳用于選擇輸入模式，邏輯低電平時(shí)設(shè)備進(jìn)入 IN/IN 模式，邏輯高電平時(shí)進(jìn)入 PHASE/ENBL 模式。

六、電氣特性

在 (V{M}=5V)、(V{C C}=3V)、(T_{A}= + 25^{circ}C) 的條件下，SGM42535 具有以下電氣特性：

（一）電源相關(guān)

• VM 工作電源電流：無(wú) PWM 且無(wú)負(fù)載時(shí)為 100 - 130μA，50kHz PWM 且無(wú)負(fù)載時(shí)為 175 - 210μA。
• VM 睡眠模式電源電流：根據(jù) VM 電壓不同有所變化，如 VCC = 0V，所有輸入為 0V 時(shí)，VM = 2V 時(shí)為 10 - 70nA，VM = 5V 時(shí)為 20 - 70nA。
• VCC 工作電源電流：700 - 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）邏輯電平輸入

• 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：15 - 30μA。
• 下拉電阻：140kΩ。

  （三）H 橋 FET

• HS + LS FET 導(dǎo)通電阻：在不同的 VCC 和 VM 電壓下有所不同，如 VCC = 3V，VM = 3V 時(shí)，I O = 800mA，T J = + 25℃ 時(shí)為 350 - 430mΩ；VCC = 5V，VM = 5V 時(shí)為 300 - 370mΩ。
• 關(guān)斷狀態(tài)泄漏電流： - 300 - 300nA。

  （四）保護(hù)電路

• 過(guò)流保護(hù)跳閘電平：1.6 - 3.6A。
• 過(guò)流保護(hù)重試時(shí)間：5ms。
• 過(guò)流去毛刺時(shí)間：1.4μs。
• 輸出死區(qū)時(shí)間：100ns。
• 熱關(guān)斷溫度：150 - 180℃。

七、時(shí)序要求

在 (V{M}=5V)、(V{C C}=3V)、(T{A}= + 25^{circ}C) 且 (R{L}=20Omega) 的條件下，SGM42535 有一系列的時(shí)序要求，如 xPHASE 高到 xOUT1 低的延遲時(shí)間、xENBL 高到 xOUTx 高的延遲時(shí)間等，這些時(shí)間大多在 300ns 左右。

八、典型性能特性

（一）VM 工作電流與溫度關(guān)系

隨著溫度的變化，VM 工作電流會(huì)有所不同。在不同的 VCC 電壓和 PWM 條件下，其工作電流也有相應(yīng)的變化趨勢(shì)。

（二）睡眠電流與 VM 電壓關(guān)系

睡眠電流隨著 VM 電壓的變化而變化，在 VCC = 0V 時(shí)，不同的 VM 電壓對(duì)應(yīng)不同的睡眠電流值。

（三）HS + LS FET 導(dǎo)通電阻與溫度關(guān)系

導(dǎo)通電阻會(huì)隨著溫度的升高而有所變化，在不同的 VCC 和 VM 電壓下，其變化趨勢(shì)也有所不同。

（四）VCC 工作電流與 VCC 電壓關(guān)系

VCC 工作電流隨著 VCC 電壓的變化而變化，呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。

九、功能框圖

從功能框圖可以看出，SGM42535 內(nèi)部包含高頻振蕩器、電荷泵、驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)流保護(hù)電路等。電機(jī)電源 VM 范圍為 0V - 12V，設(shè)備電源 VCC 范圍為 2V - 5.5V，通過(guò)內(nèi)部的電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制。

十、詳細(xì)描述

（一）電機(jī)控制靈活性

SGM42535 可靈活控制有刷直流或步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)部集成兩個(gè)完整的 H 橋輸出級(jí)，能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。

（二）輸出級(jí)設(shè)計(jì)

輸出級(jí)采用 N 溝道功率 MOSFET 作為高低側(cè)開關(guān)，內(nèi)部集成電荷泵為高側(cè) N - MOSFET 提供合適的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。

（三）電源設(shè)計(jì)

提供電機(jī)電源（VM）和邏輯電路（VCC）的獨(dú)立供電輸入，在低電壓應(yīng)用中，若電壓不超過(guò) 5.5V，可將這兩個(gè)電源軌連接在一起。

（四）保護(hù)功能

具備過(guò)流保護(hù)（OCP）、短路保護(hù)、欠壓鎖定（UVLO）和熱關(guān)斷等全面的保護(hù)功能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（五）控制模式

有 IN/IN 模式和 PHASE/ENBL 模式兩種控制模式，通過(guò) MODE 引腳進(jìn)行選擇。不同模式下，輸入與輸出的邏輯關(guān)系不同，可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

十一、應(yīng)用信息

（一）典型應(yīng)用

SGM42535 的兩個(gè) H 橋可并聯(lián)以加倍輸出電流，適用于單電機(jī)或雙電機(jī)控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)有刷電機(jī)應(yīng)用時(shí)，需考慮電機(jī)電壓、電流等參數(shù)。

（二）設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)電機(jī)的額定值和目標(biāo) RPM 選擇合適的電機(jī)電壓，同時(shí)要考慮電機(jī)的 RMS 電流、啟動(dòng)電流和電流跳閘點(diǎn)等參數(shù)。

（三）低功耗操作

為了在睡眠模式下最小化系統(tǒng)功耗，建議將所有輸入設(shè)置為邏輯低電平。

（四）大容量電容

在電源線上需要有足夠的大容量電容，以避免系統(tǒng)不穩(wěn)定。但電容過(guò)大可能會(huì)增加設(shè)計(jì)的尺寸和成本，還可能對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，因此需要通過(guò)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試來(lái)確定合適的電容大小。

（五）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 可使芯片進(jìn)入低功耗睡眠狀態(tài)，此時(shí) VM 電流會(huì)降至非常小的水平。所有輸入引腳通過(guò)約 100kΩ 電阻弱下拉到 GND，為了在睡眠模式下最小化電源電流，輸入應(yīng)保持在 GND 電平。

（六）PCB 布局考慮

在 VCC 和 GND 引腳附近使用 0.1μF 低 ESR 陶瓷電容來(lái)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設(shè)備 GND。同時(shí)，在設(shè)備附近的 VCC 和 GND 之間還需要一個(gè)大容量電容（如電解電容）來(lái)穩(wěn)定電源電壓。

（七）熱考慮

當(dāng)芯片的管芯溫度超過(guò)約 + 165℃ 時(shí)，會(huì)發(fā)生熱關(guān)斷（TSD），此時(shí)設(shè)備會(huì)被禁用，直到溫度降至安全水平。為了避免不必要的熱關(guān)斷，在布局時(shí)應(yīng)考慮對(duì)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳幔迷O(shè)備下方的暴露焊盤進(jìn)行散熱，并將其連接到大面積銅平面，還可使用熱過(guò)孔連接到其他層的平面，特別是 PCB 背面的層，以提高散熱效果。同時(shí)，要考慮自然空氣循環(huán)，以保持設(shè)備周圍的低環(huán)境溫度。

（八）功率損耗

這些設(shè)備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）引起的。H 橋中的近似功率損耗可以通過(guò)公式 (P{TOT }=2 × R{DSON } times( IOUTRMS )^{2}) 來(lái)估算，其中 (P{TOT}) 是設(shè)備的功率耗散，(IOUT_RMS) 是負(fù)載或電機(jī)繞組中的 RMS 輸出電流。設(shè)備的最大耗散功率還取決于環(huán)境溫度和散熱性能。

十二、總結(jié)

SGM42535 雙低電壓 H 橋 IC 以其出色的性能、靈活的控制模式和全面的保護(hù)功能，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。電子工程師在設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，可以充分利用該芯片的特點(diǎn)，結(jié)合具體的應(yīng)用需求，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和布局，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電機(jī)控制。你在使用 SGM42535 芯片的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。