SGM42535 双低电压 H 桥 IC：电机驱动的理想之选

在电子工程师的日常设计中，电机驱动是一个常见且关键的环节。今天，我们就来深入了解一款性能出色的电机驱动芯片——SGM42535 双低电压 H 桥 IC。

文件下载：SGM42535.pdf

一、产品概述

SGM42535 芯片集成了两个 H 桥驱动器，可用于驱动步进电机、两个直流电机以及其他设备，如螺线管等。每个 H 桥能够提供高达 1.5A 的输出电流，电机电源电压范围为 0V - 12V，设备电源电压范围为 2V - 5.5V。其输出驱动模块由 N 沟道功率 MOSFET 组成，配置为 H 桥来驱动电机绕组，内部电荷泵可产生栅极驱动电压。该芯片适用于消费电子、相机、玩具等电池供电或低电压运动控制应用。

二、产品特性

（一）双 H 桥驱动能力

能够驱动一个步进电机或两个直流电机，具备低导通电阻（HS + LS 为 300mΩ）的特点，有助于降低功耗。

（二）独立电源供电

逻辑电源和电机电源分开供电，设备电源电压范围为 2V - 5.5V，电机电源电压范围为 0V - 12V，这种设计提供了更大的灵活性。

（三）高驱动电流

每个 H 桥的驱动电流最大可达 1.5A，还可将桥并联以实现 3A 的驱动电流，满足不同应用场景的需求。

（四）灵活的接口

具有灵活的 PWM 或 PHASE/ENBL 接口，与行业标准设备兼容，方便工程师进行设计。

（五）绿色封装

采用 Green TDFN - 3×2 - 12L 封装，符合环保要求。

三、应用领域

SGM42535 的应用领域十分广泛，涵盖了消费产品、玩具、相机、数码单反镜头、医疗设备和机器人等多个领域。其出色的性能和稳定性，能够为这些设备的电机驱动提供可靠的支持。

四、产品规格

（一）绝对最大额定值

• 电机电源电压（VM）： - 0.3V 至 13.2V
• 设备电源电压（VCC）： - 0.3V 至 6V
• 数字输入引脚电压： - 0.5V 至 VCC + 0.5V
• 每个 H 桥的连续电机驱动输出电流： - 1.5A 至 1.5A
• 结温： + 150℃
• 存储温度范围： - 65℃ 至 + 150℃
• 引脚温度（焊接，10s）： + 260℃
• ESD 敏感度：HBM 为 ±4000V，CDM 为 ±2000V

（二）推荐工作条件

• 电机电源电压（VM）：0V 至 12V
• 设备电源电压（VCC）：2V 至 5.5V
• 逻辑电平输入电压（VIN）：0V 至 VCC
• H 桥输出电流：0A 至 1.5A
• 外部施加的 PWM 频率：0kHz 至 250kHz
• 工作结温范围： - 40℃ 至 + 150℃

五、引脚配置与功能

（一）引脚配置

SGM42535 采用 TDFN - 3×2 - 12L 封装，各引脚功能明确。例如，VM 为电机电源引脚，需用 0.1μF（最小）陶瓷电容旁路到 GND；VCC 为设备电源引脚，同样需用 0.1μF（最小）陶瓷电容旁路到 GND。AIN1/APHASE、AIN2/AENBL、BIN1/BPHASE、BIN2/BENBL 等引脚用于输入控制，AOUT1、AOUT2、BOUT1、BOUT2 用于连接电机绕组。

（二）引脚功能

不同引脚的功能在不同模式下有所不同。如 MODE 引脚用于选择输入模式，逻辑低电平时设备进入 IN/IN 模式，逻辑高电平时进入 PHASE/ENBL 模式。

六、电气特性

在 (V{M}=5V)、(V{C C}=3V)、(T_{A}= + 25^{circ}C) 的条件下，SGM42535 具有以下电气特性：

（一）电源相关

• VM 工作电源电流：无 PWM 且无负载时为 100 - 130μA，50kHz PWM 且无负载时为 175 - 210μA。
• VM 睡眠模式电源电流：根据 VM 电压不同有所变化，如 VCC = 0V，所有输入为 0V 时，VM = 2V 时为 10 - 70nA，VM = 5V 时为 20 - 70nA。
• VCC 工作电源电流：700 - 1050μA。
• VCC 欠压锁定电压：上升阈值为 1.65 - 2V，下降阈值为 1.55 - 1.85V。

  （二）逻辑电平输入

• 输入低电压：最大为 0.3 × VCC。
• 输入高电压：最小为 0.5 × VCC。
• 输入低电流： - 200 - 200nA。
• 输入高电流：15 - 30μA。
• 下拉电阻：140kΩ。

  （三）H 桥 FET

• HS + LS FET 导通电阻：在不同的 VCC 和 VM 电压下有所不同，如 VCC = 3V，VM = 3V 时，I O = 800mA，T J = + 25℃ 时为 350 - 430mΩ；VCC = 5V，VM = 5V 时为 300 - 370mΩ。
• 关断状态泄漏电流： - 300 - 300nA。

  （四）保护电路

• 过流保护跳闸电平：1.6 - 3.6A。
• 过流保护重试时间：5ms。
• 过流去毛刺时间：1.4μs。
• 输出死区时间：100ns。
• 热关断温度：150 - 180℃。

七、时序要求

在 (V{M}=5V)、(V{C C}=3V)、(T{A}= + 25^{circ}C) 且 (R{L}=20Omega) 的条件下，SGM42535 有一系列的时序要求，如 xPHASE 高到 xOUT1 低的延迟时间、xENBL 高到 xOUTx 高的延迟时间等，这些时间大多在 300ns 左右。

八、典型性能特性

（一）VM 工作电流与温度关系

随着温度的变化，VM 工作电流会有所不同。在不同的 VCC 电压和 PWM 条件下，其工作电流也有相应的变化趋势。

（二）睡眠电流与 VM 电压关系

睡眠电流随着 VM 电压的变化而变化，在 VCC = 0V 时，不同的 VM 电压对应不同的睡眠电流值。

（三）HS + LS FET 导通电阻与温度关系

导通电阻会随着温度的升高而有所变化，在不同的 VCC 和 VM 电压下，其变化趋势也有所不同。

（四）VCC 工作电流与 VCC 电压关系

VCC 工作电流随着 VCC 电压的变化而变化，呈现出一定的规律。

九、功能框图

从功能框图可以看出，SGM42535 内部包含高频振荡器、电荷泵、驱动电路、过流保护电路等。电机电源 VM 范围为 0V - 12V，设备电源 VCC 范围为 2V - 5.5V，通过内部的电路实现对电机的驱动和控制。

十、详细描述

（一）电机控制灵活性

SGM42535 可灵活控制有刷直流或步进电机，内部集成两个完整的 H 桥输出级，能独立驱动两个直流电机或一个两相步进电机。

（二）输出级设计

输出级采用 N 沟道功率 MOSFET 作为高低侧开关，内部集成电荷泵为高侧 N - MOSFET 提供合适的栅极驱动电压。

（三）电源设计

提供电机电源（VM）和逻辑电路（VCC）的独立供电输入，在低电压应用中，若电压不超过 5.5V，可将这两个电源轨连接在一起。

（四）保护功能

具备过流保护（OCP）、短路保护、欠压锁定（UVLO）和热关断等全面的保护功能，确保系统的稳定运行。

（五）控制模式

有 IN/IN 模式和 PHASE/ENBL 模式两种控制模式，通过 MODE 引脚进行选择。不同模式下，输入与输出的逻辑关系不同，可根据具体应用需求进行选择。

十一、应用信息

（一）典型应用

SGM42535 的两个 H 桥可并联以加倍输出电流，适用于单电机或双电机控制系统。在设计有刷电机应用时，需考虑电机电压、电流等参数。

（二）设计要求

设计时需根据电机的额定值和目标 RPM 选择合适的电机电压，同时要考虑电机的 RMS 电流、启动电流和电流跳闸点等参数。

（三）低功耗操作

为了在睡眠模式下最小化系统功耗，建议将所有输入设置为逻辑低电平。

（四）大容量电容

在电源线上需要有足够的大容量电容，以避免系统不稳定。但电容过大可能会增加设计的尺寸和成本，还可能对系统稳定性产生不利影响，因此需要通过系统级测试来确定合适的电容大小。

（五）电源和输入

VCC 和 VM 电源可以按任意顺序施加和移除。移除 VCC 可使芯片进入低功耗睡眠状态，此时 VM 电流会降至非常小的水平。所有输入引脚通过约 100kΩ 电阻弱下拉到 GND，为了在睡眠模式下最小化电源电流，输入应保持在 GND 电平。

（六）PCB 布局考虑

在 VCC 和 GND 引脚附近使用 0.1μF 低 ESR 陶瓷电容来解耦 VCC 电压，选择粗走线以减少寄生电阻和电感，优先使用接地平面连接电容返回设备 GND。同时，在设备附近的 VCC 和 GND 之间还需要一个大容量电容（如电解电容）来稳定电源电压。

（七）热考虑

当芯片的管芯温度超过约 + 165℃ 时，会发生热关断（TSD），此时设备会被禁用，直到温度降至安全水平。为了避免不必要的热关断，在布局时应考虑对设备进行适当的散热，利用设备下方的暴露焊盘进行散热，并将其连接到大面积铜平面，还可使用热过孔连接到其他层的平面，特别是 PCB 背面的层，以提高散热效果。同时，要考虑自然空气循环，以保持设备周围的低环境温度。

（八）功率损耗

这些设备在工作模式下的功率损耗主要是由于输出 MOSFET 的导通电阻（RDSON）引起的。H 桥中的近似功率损耗可以通过公式 (P{TOT }=2 × R{DSON } times( IOUTRMS )^{2}) 来估算，其中 (P{TOT}) 是设备的功率耗散，(IOUT_RMS) 是负载或电机绕组中的 RMS 输出电流。设备的最大耗散功率还取决于环境温度和散热性能。

十二、总结

SGM42535 双低电压 H 桥 IC 以其出色的性能、灵活的控制模式和全面的保护功能，为电机驱动设计提供了一个可靠的解决方案。电子工程师在设计电机驱动系统时，可以充分利用该芯片的特点，结合具体的应用需求，进行合理的设计和布局，以实现高效、稳定的电机控制。你在使用 SGM42535 芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。