SGM42622B低电压双H桥步进电机驱动器：设计与应用详解

在电子工程师的日常工作中，步进电机驱动器是一个常见且关键的组件。今天，我们就来详细探讨一下SGMICRO推出的SGM42622B低电压双H桥步进电机驱动器，看看它有哪些特点、如何应用以及相关的技术细节。

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一、产品概述

SGM42622B是一款集成了控制逻辑和低 (R_{DSON}) MOSFET功率级的低电压步进电机驱动器，采用小巧的TQFN封装。它适用于电池供电的应用场景，能够进入接近零功耗的待机模式，从而延长电池使用寿命。同时，该驱动器具备一套完整的保护功能，包括过流、短路和热关断保护。

二、产品特性

1. 电源与电流特性

• 宽电源电压范围：电机电源电压范围为1.8V至12V，能适应多种电源环境。
• 高输出电流能力：最大RMS输出电流可达1.3A，能满足大多数步进电机的驱动需求。
• 低导通电阻：在+25℃时， (R_{DSON}) （HS + LS）仅为0.5Ω，可有效降低功率损耗。

2. 微步进能力

具备高达1/256的微步进分辨率，能够实现精细的电机控制，使电机运行更加平滑，减少振动和噪音。

3. 电流控制与保护

• 自适应混合电流衰减模式：可根据电机的运行状态自动调整电流衰减模式，提高控制效率。
• 可编程关断时间：通过外部电阻可以灵活设置PWM的关断时间，以满足不同的应用需求。
• 全面保护功能：包括无损过流保护、短路保护和热关断保护，确保驱动器和电机的安全运行。

4. 低功耗与宽温度范围

• 超低待机电流：待机电流小于80nA，有助于延长电池寿命。
• 宽工作温度范围：可在-40℃至+85℃的环境温度下正常工作，适应不同的应用场景。

5. 环保封装

采用绿色TQFN - 3×3 - 16L封装，符合RoHS和HSF标准，环保且易于焊接。

三、应用领域

SGM42622B的应用范围广泛，常见于以下领域：

• 玩具：为玩具提供精确的运动控制，使玩具的动作更加灵活和逼真。
• 游戏机：实现游戏机中电机的精确驱动，提升游戏体验。
• 机器人：用于机器人的关节驱动，确保机器人的运动精度和稳定性。
• 销售点设备：如自动售货机、打印机等，可实现精确的纸张传输和物品分配。
• 打印机：控制打印机的步进电机，保证打印质量和速度。

四、典型应用电路

文档中给出了SGM42622B的典型应用电路，包含了电源滤波电容、电流检测电阻、逻辑输入引脚等关键元件。在实际设计中，需要根据具体的应用需求合理选择元件参数，确保电路的稳定性和可靠性。

五、引脚配置与功能

1. 引脚配置

SGM42622B采用TQFN - 3×3 - 16L封装，各引脚具有不同的功能，包括方向输入、步进时钟输入、输出引脚、电源引脚、接地引脚等。

2. 引脚功能说明

• DIR/MODE4：方向输入或步进模式选择输入4。
• STCK/MODE3：步进时钟输入或步进模式选择输入3。
• OUTA1、OUTA2、OUTB1、OUTB2：H桥输出引脚，用于连接步进电机。
• SENSEA、SENSEB：电流检测引脚，通过连接小阻值的检测电阻到电源地，实现对电机电流的检测。
• REF：电流设定参考电压输入，用于调整输出电流的大小。
• TOFF：内部振荡器频率调整引脚，通过外部电阻设置PWM的关断时间。
• EN/nFAULT：5V逻辑兼容的功率级使能输入或告警输出引脚，可用于控制功率级的开启和关闭，并在出现故障时输出告警信号。
• STBY/RESET：5V逻辑兼容的待机输入引脚，拉低该引脚可使器件进入低功耗模式。
• MODE1、MODE2：步进模式选择输入1和2，与MODE3、MODE4配合使用，可选择不同的步进模式。

六、电气特性

1. 电源相关特性

• 电源电压范围：1.8V至12V，VCC开启电压为1.1V至1.8V，关闭电压为1V至1.64V，具有180mV的滞回电压。
• 电源电流：在不同工作状态下，电源电流有所不同，待机电流小于80nA。

2. 功率级特性

• 导通电阻：在不同电源电压和输出电流条件下，导通电阻有所变化，典型值为0.43Ω至0.65Ω。
• 上升时间和下降时间：在VCC = 10V、空载输出时，上升时间和下降时间均为40ns。
• 死区时间：为260ns，可避免H桥上下管同时导通，提高电路的安全性。

3. 电流控制特性

• 传感偏移：在VREF = 0.5V、内部参考为20% VREF时，传感偏移为-15mV至15mV。
• 关断时间：可通过外部电阻ROFF进行编程，范围为9μs至106μs。
• 慢衰减时间和快衰减时间：分别为5/8 × tOFF和3/8 × tOFF。

4. 逻辑IO特性

• 高逻辑电平输入电压：在-40℃至+85℃的温度范围内，为1.6V。
• 低逻辑电平输入电压：在-40℃至+85℃的温度范围内，为0.6V。
• EN低逻辑电平输出电压：在IEN = 4mA时，为0.8V。

5. 保护特性

• 热关断阈值：为170℃，热关断滞回为40℃。
• 过流保护阈值：为2A。

七、功能描述

1. 待机和上电

通过将STBY/RESET输入引脚拉低至 (V_{STBYL}) 阈值以下，可使器件进入待机模式，此时控制器的电源电流显著降低，功率级关闭，输出处于高阻态。当器件退出待机模式时，控制器将像上电一样重新启动。

2. 微步进序列器

• 模式选择：MODEx输入的4位二进制值在器件上电或退出待机模式后被锁存。在正常操作中，MODE3和MODE4输入作为步进时钟（STCK）和方向（DIR）输入。当MODE1和MODE2都为低电平时，器件将进入全步模式，忽略锁存值。当MODE1或MODE2输入恢复为高电平时，将恢复之前的操作模式。
• 序列器工作原理：序列器是一个10位计数器，用于设置PWM电流控制器的参考和H桥电流方向。计数器在上电或待机后复位为零，并在STCK的每个上升沿进行计数。当DIR为高电平时，计数器递增；当DIR为低电平时，计数器递减。

3. PWM电流控制

每个桥都有独立的PWM电流控制器。桥电流通过检测引脚和检测电阻从负极流向地，检测引脚电压与相电流成正比，并与基于序列器值和VREF设置的参考电压进行比较。当检测电压超过参考电压时，比较器触发关断时间和衰减序列。在关断时间内，电流先以慢速衰减，然后以快速衰减。

4. 设置PWM关断时间

PWM的总关断时间（慢速衰减 + 快速衰减）通过TOFF引脚和地之间的外部电阻ROFF进行编程。为了实现稳定的调节，需要在ROFF上并联一个小的串联RC分支。

5. 过流保护（OCP）

当任何FET中的电流超过预设的过流阈值时，H桥中的所有FET将被禁用约16ms，EN/nFAULT引脚将被拉低。16ms后，芯片恢复运行，EN/nFAULT引脚释放。过流保护独立于PWM电流控制的电流检测电路，与ISENSE电阻值或VREF电压无关。

6. 热关断

当芯片温度超过最大安全温度阈值时，将发生热关断事件。此时，EN/nFAULT引脚被内部开漏MOSFET拉低，禁用功率级。当芯片温度回到安全范围（ (T{J}{TSD}-T_{HYS}) ）时，EN/nFAULT引脚释放。

八、封装与订购信息

SGM42622B采用TQFN - 3×3 - 16L封装，提供了详细的封装外形尺寸、推荐焊盘尺寸、编带和卷盘信息以及纸箱尺寸等，方便工程师进行PCB设计和采购。

九、总结

SGM42622B低电压双H桥步进电机驱动器具有丰富的特性和功能，适用于多种应用场景。在设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择元件参数，注意引脚的连接和功能设置，同时要关注保护功能的使用，确保驱动器和电机的安全稳定运行。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。