STMicroelectronics STSPIN958可扩展全桥驱动器是一款具有高动态性能功率级的5A器件，支持用户通过精确占空比实现高频PWM控制。STSPIN958具有可调节阈值电流限流器和关断时间，并可选择慢速或混合衰减，用于有刷直流电机。通过采用外部分流电阻器，两个具有固定放大系数的放大器可提供电流检测。可调节的压摆率确保了性能和EMI之间的最佳平衡。STMicroelectronics STSPIN958驱动器提供具有七种不同工作方式的多功能功率级，从而具有高度灵活性，还提供全套保护功能，包括过流、过热保护以及低总线电压检测。

数据手册：*附件：STMicroelectronics STSPIN958可扩展全桥驱动器数据手册.pdf

特性

• 工作电压高达58V
• 最大输出电流：5ARMS
• 7种驱动方法，包括双路半桥、单全桥和半桥并联模式
• RDS（ON） HS + LS = 0.33Ω（典型状态）
• 可调节功率MOS压摆率
• 关闭时间可调，可选择慢速或混合衰减。
• 集成放大器采用2种不同的嵌入式电流控制技术
• 低待机功耗
• 保护特性
  • UVLO
  • 过流保护
  • 热关断

框图

STSPIN958可扩展全桥驱动器技术解析与应用设计

一、产品概述与核心特性

STSPIN958是STMicroelectronics推出的一款专为有刷直流电机设计的可扩展5A全桥驱动器，其功率级具备高动态性能，可实现高频PWM控制与精确占空比。

‌ 主要特性： ‌

• 工作电压最高58V
• 最大输出电流5Arms
• 七种驱动模式：双半桥、单全桥和半桥并联模式
• 典型导通电阻RDS(ON) HS + LS = 0.33Ω
• 可调节功率MOSFET转换速率
• 集成两个不同嵌入式电流控制技术的放大器
• 具备欠压锁定(UVLO)、过流保护和热关断等完整保护功能

‌ 应用领域： ‌ 舞台灯光、工厂自动化、ATM和货币处理机、纺织机械、家电、机器人技术、天线控制、自动售货机等。

二、电气参数与技术规格

2.1 极限工作条件

• 控制逻辑电源电压VDD：-0.3V至4V
• 功率级电源电压VS：-0.3V至62V
• 电荷泵输入电压VSPUMP：VS ± 0.1V
• 输出电流：持续最高5Arms，受OC保护限制

2.2 推荐工作条件

• 控制逻辑电源电压VDD：2.8V至3.6V（典型3.3V）
• 功率级电源电压VS：5.05V至58V
• 工作温度范围：-40°C至85°C

2.3 热管理参数

• 结至环境热阻RthJA：35.8°C/W
• 结至外壳热阻RthJCtop：22.8°C/W
• 结至板热阻RthJB：17.4°C/W

三、系统架构与功能模块

3.1 电源管理架构

器件配备三个电源引脚：

• ‌VDD‌：控制逻辑电源电压
• ‌VS‌：所有功率级的供电电压
• ‌VBOOT‌：高端栅极驱动器的供电电压

电源序列管理：

• 上电期间，器件保持欠压锁定状态，直至VS超过VSth(ON)阈值且VBOOT超过VBOth(ON)阈值
• 运行期间VS低于VSth(ON) - VSth(Hyst)时，返回UVLO状态
• VDD电源电压低于VDDth(ON) - VDDth(Hyst)时，器件断电

3.2 功率级与电荷泵电路

STSPIN958集成功率NMOS半桥，输入PWM信号根据所选驱动模式驱动相应半桥。为实现精确占空比和不同半桥激活间的低抖动，PWM信号传播延迟经过优化。

‌ 电荷泵特性： ‌

• 通过内部振荡器与集成开关、外部电容实现
• 开关频率fPWM：最高500kHz
• 建议电容值：
  • 电荷泵电容CCP：100nF
  • 自举电容CBOOT：1μF

3.3 集成运算放大器

器件集成两个具有固定ACL放大系数的运算放大器，每个放大器内部连接到低侧MOSFET的源极，输出通过专用引脚外部可用。

四、驱动逻辑与工作模式

4.1 七种驱动模式

通过MODE1、MODE2、MODE3三个输入引脚的状态选择：

1. ‌双半桥模式‌ - 固定关断时间
2. ‌单全桥模式‌ - 固定关断时间
3. ‌ 单半桥模式（并联模式） ‌ - 固定关断时间
4. ‌ 单全桥模式（混合衰减） ‌ - 固定关断时间
5. ‌双半桥模式‌ - PWM修整
6. ‌单全桥模式‌ - PWM修整
7. ‌ 单半桥模式（并联模式） ‌ - PWM修整

‌ 重要提示： ‌ 不允许在运行期间从一种驱动模式切换到另一种模式。

五、PWM电流控制技术

5.1 两种电流限制模式

1. ‌固定关断时间模式‌
2. ‌PWM修整模式‌

5.2 电流限制器工作原理

电流限制器内部连接到V1和REF引脚。放大器的输入电压经过ACL放大后在V1输出，该电压与相应参考电压比较，触发后器件根据选定衰减策略运行。

‌ 参考电压计算公式： ‌
VREFx = RSENSE × ACL + VAMPoffset + VAMPoffset

其中VAMPoffset等于0（OFFSETx为低电平）或VDD/2（OFFSETx为高电平）。

5.3 关断时间调节

通过连接到TOFF引脚的ROFF电阻和COFF电容值设置toff时间，具体关系如图9所示。将TOFF短接到地可禁用电流限制器。

六、保护机制详解

6.1 过流保护

独立于电流限制器的集成电路保护功率级免受过流条件影响。如果流过集成MOSFET之一的电流超过IOC阈值，OC保护关闭所有MOSFET并强制EN/nFAULT开漏输出为低电平。

6.2 热关断保护

当内部温度超过TSD温度时，功率级被禁用，直到温度回落到TSD - TSD(Hyst)以下。

‌ 热保护参数： ‌

• 热关断阈值TSD：150°C
• 热关断迟滞TSD(Hyst)：30°C

七、典型应用设计与布局指导

7.1 外围元件选择建议

• 电荷泵电容CCP：100nF
• 自举电容CBOOT：1μF
• 电源旁路电容：
  • CDD：220nF（VDD旁路）
  • CBULK：220μF（大容量旁路）
  • CS：470nF（VS旁路）

7.2 PCB布局关键点

1. 两个470nF旁路电容必须连接在VS电源引脚与地之间
2. 一个220nF旁路电容必须连接在VDD电源引脚与地之间
3. 这些电容必须采用低ESR陶瓷技术
4. 电容应尽可能靠近引脚放置
5. 大容量电容需放置以最小化VS和GND之间大电流路径的长度
6. 连接金属走线应尽可能宽，并配备多个连接PCB层的过孔