SGM42544 四半桥驱动 IC：高效驱动与全面保护的理想之选

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的驱动 IC 对于各类设备的稳定运行至关重要。今天，我们就来深入了解一下 SG Micro 公司推出的 SGM42544 四半桥驱动 IC，看看它有哪些独特的特性和优势。

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一、产品概述

SGM42544 提供四个半桥驱动器，每个通道都可通过单独的可控输入进行控制。它非常适合驱动电感负载，像四个螺线管、继电器、直流电机或其他负载都能轻松应对。该器件支持单电源或双极性电源（如 ±20V）供电。在适当的散热条件下，每个通道在 TJ = +25℃ 时可提供高达 2A 的峰值输出电流，并且为满足更高电流的应用需求，还可以将输出进行并联。

二、产品特性

2.1 宽电源电压范围

其电源电压范围为 8V 至 45V，这使得它能够适应多种不同的电源环境，为工程师在设计电源部分提供了更大的灵活性。

2.2 低导通电阻

在 TJ = +25℃ 时，HS + LS 的导通电阻为 0.44Ω，低导通电阻可以有效降低功率损耗，提高能源效率，减少发热，延长设备的使用寿命。

2.3 灵活的控制接口

具备灵活的控制接口，能够满足不同负载的控制需求。每个通道都有独立的可控输入，方便工程师根据实际应用进行精确控制。

2.4 高驱动电流

在 VM = 24V、TJ = +25℃ 时，可提供高达 2A 的驱动电流，能够满足大多数电感负载的驱动要求。

2.5 单或双极性电源支持

支持单电源或双极性电源（最高可达 ±22.5V），这为不同的应用场景提供了更多的电源选择。

2.6 内置 3.3V 参考输出

内置的 3.3V 参考输出可以为其他电路提供稳定的参考电压，简化了电路设计。

2.7 并行数字控制接口

并行数字控制接口使得控制更加方便快捷，提高了系统的响应速度。

2.8 全面的保护功能

具备多种保护功能，包括 VM 欠压锁定（UVLO）、过流保护（OCP）、热关断（TSD）以及故障状态指示引脚（nFAULT）。这些保护功能可以有效保护器件免受各种异常情况的损坏，提高系统的可靠性。

三、应用领域

SGM42544 的应用范围十分广泛，常见于机器人、游戏机、工厂自动化以及办公自动化机器等领域。在这些应用中，它能够稳定地驱动各种电感负载，确保设备的正常运行。

四、引脚配置与说明

4.1 引脚配置

SGM42544 采用 Green TSSOP - 28（Exposed Pad）封装，其引脚配置如下：	引脚编号	引脚名称	类型	功能
1	CP1	I/O	电荷泵飞电容引脚，CP1 和 CP2 引脚之间需使用 0.01μF/100V 电容
2	CP2	I/O	电荷泵飞电容引脚
3	VCP	I/O	高端开关的栅极驱动电压，需用 0.1μF/16V 陶瓷电容与 VM 引脚去耦
4、11	VM	Power Supply	电源引脚，连接到相同的电机电源（8V 至 45V），并使用 100µF（MIN）电容旁路
5	OUT1	O	设备的输出 1
7	OUT2	O	设备的输出 2
8	OUT3	O	设备的输出 3
10	OUT4	O	设备的输出 4
6	SRC12	-	OUT1 和 OUT2 的低端 FET 源极，可直接短接到 VNEG 或连接可选的检测电阻到 VNEG
9	SRC34	-	OUT3 和 OUT4 的低端 FET 源极，可直接短接到 VNEG 或连接可选的检测电阻到 VNEG
12、13	NC	-	无连接
14、28	VNEG	-	负电源，单电源时连接到 LGND，双电源时连接到负电源
15	V3P3	O	3.3V 稳压器输出，需用 0.47μF/6.3V 陶瓷电容与 VNEG 旁路
16	nRESET	I	复位输入，低电平有效，用于初始化内部逻辑并禁用半桥输出
17	nSLEEP	I	睡眠模式输入，低电平有效，高电平使能设备，低电平进入低功耗睡眠模式
18	nFAULT	OD	故障指示引脚，开漏输出类型，故障时为逻辑低电平
19	LGND	-	逻辑输入参考地，连接到逻辑地
20	EN4	I	通道 4 的使能输入，高电平有效
21	IN4	I	通道 4 的输入电源，内部下拉
22	EN3	I	通道 3 的使能输入，高电平有效
23	IN3	I	通道 3 的输入电源，内部下拉
24	EN2	I	通道 2 的使能输入，高电平有效
25	IN2	I	通道 2 的输入电源，内部下拉
26	EN1	I	通道 1 的使能输入，高电平有效
27	IN1	I	通道 1 的输入电源，内部下拉
Exposed Pad	VNEG	-	散热用暴露焊盘，连接到 VNEG

4.2 引脚说明

通过对这些引脚的合理使用，工程师可以实现对 SGM42544 的精确控制和功能配置。例如，通过 ENx 和 INx 引脚可以控制输出的状态，nRESET 引脚可以进行复位操作，nSLEEP 引脚可以控制设备进入睡眠模式以降低功耗。

五、电气特性与开关特性

5.1 电气特性

在 (T_{J}= +25^{circ}C) 时，SGM42544 的电气特性如下：	参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
电机电源电压	VM	-	8	-	45	V
工作电源电流	IVM	VM = 24V	2	5	mA
睡眠模式电源电流	IVMQ	VM = 24V	1	2	μA
VM 欠压锁定阈值	VUVLO	VM 上升	7.7	7.98	V
V3P3 电压	VV3P3	IOUT = 0mA 至 10mA	3.1	3.3	3.5	V
输入逻辑低电压	VIL	LGND = 0V，TJ = -40℃ 至 +125℃	0.5	-	-	V
输入逻辑高电压	VIH	LGND = 0V，TJ = -40℃ 至 +125℃	2.7	-	-	V
输入迟滞	VHYS	LGND = 0V	1.2	-	-	V
输入逻辑低电流	IIL	VIN = LGND = 0V	-10	-	10	μA
输入逻辑高电流	IIH	VIN = LGND + 3.3V（LGND = 0V）	-	-	50	μA
内部下拉电阻	RPD	-	-	-	300	kΩ
nFAULT 输出（开漏输出）低电压	VOL	IOUT = 5mA	-	-	0.5	V
nFAULT 输出（开漏输出）高泄漏电流	IOH	VOUT = LGND + 3.3V	-	-	1	μA
HS FET 导通电阻	(R_{DSON})	VM = 24V，IOUT = 1A，TJ = +25℃	0.22	-	-	Ω
HS FET 导通电阻	(R_{DSON})	VM = 24V，IOUT = 1A，TJ = +125℃	0.32	0.36	-	Ω
LS FET 导通电阻	(R_{DSON})	VM = 24V，IOUT = 1A，TJ = +25℃	0.22	-	-	Ω
LS FET 导通电阻	(R_{DSON})	VM = 24V，IOUT = 1A，TJ = +125℃	0.30	0.33	-	Ω
过流保护跳闸电平	IOCP	-	-	-	3.5	A
输出死区时间	tDEAD	-	-	-	400	ns
过流保护消隐时间	tOCP	-	-	-	2	µs
热关断温度	TTSD	芯片温度	-	-	160	℃

5.2 开关特性

在 (T_{J}= +25^{circ}C) 时，开关特性如下：	参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
延迟时间（ENx 高到 OUTx 高，INx = 1）	t1	-	540	-	1650	ns
延迟时间（ENx 低到 OUTx 低，INx = 1）	t2	-	790	-	1900	ns
延迟时间（ENx 高到 OUTx 低，INx = 0）	t3	-	1020	-	2120	ns
延迟时间（ENx 低到 OUTx 高，INx = 0）	t4	-	690	-	1900	ns
延迟时间（INx 高到 OUTx 高）	t5	-	820	-	1950	ns
延迟时间（INx 低到 OUTx 低）	t6	-	1200	-	2330	ns
输出上升时间	tR	电阻连接到 VNEG	100	-	220	ns
输出下降时间	tF	电阻连接到 VNEG	300	-	670	ns

这些电气特性和开关特性为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据，有助于确保电路的性能和稳定性。

六、详细功能说明

6.1 逻辑输入

LGND 是所有逻辑输入（ENx、INx、nRESET、nSLEEP）和 nFAULT 信号的接地参考，需连接到微控制器的接地端。

6.2 输出级

OUTx 在 VM 和 VNEG 引脚之间驱动，具体可参考功能框图。

6.3 电荷泵

电荷泵用于产生大于 (V_{M}) 的栅极电源，以开启高端 MOSFET。CP1 和 CP2 之间需要 0.01µF 陶瓷电容，VCP 和 VM 之间需要 0.1µF 陶瓷电容。

6.4 桥控制

通过 INx 和 ENx 实现对输出的控制，逻辑关系如下表所示：	INx	ENx	OUTx
X	0	Z
0	1	L
1	1	H

对于直流电机，通常通过向 INx 或 ENx 输入引脚提供外部 PWM 信号来进行速度控制，PWM 功能如下表：	IN1	EN1	IN2	EN2	功能
PWM	1	0	1	正向 PWM，慢衰减
0	1	PWM	1	反向 PWM，慢衰减
1	PWM	0	PWM	正向 PWM，快衰减
0	PWM	1	PWM	反向 PWM，快衰减

6.5 保护电路

6.5.1 过流保护（OCP）

每个 MOSFET 都有预设的过流限制。当出现过流（任何方向）时，整个桥将被禁用（关断），nFAULT 引脚将被拉低。过流可能是由于开关节点与地、VM 电源线或桥的其他节点之间短路（绕组短路）引起的。如果电流限制持续时间超过 OCP 时间，所有 H 桥 MOSFET 将被禁用，nFAULT 引脚将被拉低，设备不会自动重启，直到 (V_{M}) 电源被移除并重新施加或通过 nRESET 引脚复位。

6.5.2 热关断（TSD）

如果设备中出现结温过高的情况，所有桥和驱动器将被关断，nFAULT 引脚将被拉低。一旦温度回到安全水平，设备将恢复运行。

6.5.3 欠压锁定（UVLO）

如果 VM 引脚的电压低于欠压锁定阈值，设备将被禁用，内部逻辑将被复位。当所有电压回到 UVLO 阈值以上时，设备恢复运行。

6.6 nRESET 和 nSLEEP 操作

nRESET 和 nSLEEP 为低电平有效输入，用于在设备不使用时最小化功耗。睡眠模式会禁用所有内部电路，包括输出 MOSFET、电荷泵和稳压器。逻辑高电平允许正常操作，输出转换前需要 1.2ms 的延迟。

七、应用信息

7.1 驱动示例

SGM42544 可以用于驱动双极步进电机、两个直流有刷电机和一个电感负载等。具体的控制逻辑可以参考以下真值表：

7.1.1 有刷直流电机

功能	EN1	EN2	IN1	IN2	OUT1	OUT2
正向	1	1	PWM	0	H	L
反向	1	1	0	PWM	L	H
制动	1	1	0	0	L	L
制动	1	1	1	1	H	H
滑行	0	X	X	X	Z	X
滑行	X	0	X	X	X	Z

7.1.2 单方向有刷直流电机

功能	EN3	IN3	OUT3
开启	1	nPWM	L
制动	1	1	H
滑行	0	X	Z

7.1.3 电感负载

功能	EN4	IN4	OUT4
开启	1	PWM	H
关闭或慢衰减	1	0	L
关闭或滑行	0	X	Z

7.2 输出并联

为了满足更高电流的应用需求，可以将输出进行并联。如果将 SGM42544 用作两个独立的半桥，OUT1 和 OUT2 应并联，OUT3 和 OUT4 应并联；如果将设备配置为 H 桥，任意两个输出并联均可。

7.3 大容量电容

为了实现小的电压纹波并解耦电源线电感对系统运行的干扰，需要在电机驱动器附近使用大容量本地电容（ (V_{M}) 电源）。同时，为了解耦 H 桥的开关电流，建议在 VM 和 GND 引脚之间使用小的高频去耦电容。选择本地电容时，需要考虑电机所需的最大电流、电源电容和电流供应能力、电源线的寄生电感、可接受的电压纹波以及电机参数和所需的加速度等因素。

7.4 布局指南

PCB 应具有较厚的接地层。为了获得最佳的电气和热性能，SGM42544 必须直接焊接到电路板上。其封装底部有一个暴露焊盘，用于增强散热，该热焊盘必须直接焊接到 PCB 的暴露表面以实现最佳热传导，还可以使用热过孔将热量传递到 PCB 的其他层。负载电源引脚（VM）应使用电解电容与一个较小值的陶瓷电容并联进行去耦，并且陶瓷电容应尽可能靠近设备放置。

八、总结

SGM42544 四半桥驱动 IC 以其宽电源电压范围、灵活的控制接口、高驱动电流以及全面的保护功能，成为电子工程师在设计各类电感负载驱动电路时的理想选择。在实际应用中，工程师可以根据具体的需求，合理利用其特性和功能，同时注意引脚配置、电气特性、开关特性以及布局等方面的要求，以确保电路的稳定运行和性能优化。你在使用 SGM42544 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。