SGM42537低电压H桥驱动器：设计与应用解析

在电子设计领域，电机驱动是一个关键且广泛应用的部分。今天要介绍的SGM42537低电压H桥驱动器，以其独特的性能和特点，为电机驱动设计带来了新的选择。

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一、产品概述

SGM42537是一款低电压集成电机驱动器，适用于电池或非电池供电的应用。它采用N - MOSFET H桥输出，可驱动有刷直流电机进行运动控制，也能驱动诸如螺线管和继电器等其他负载。其独立的电源引脚（VM）能从第二个电源为负载提供高达3A的峰值电流，VM电压范围为0V至12V，而器件本身可由2V至5.5V的低电流（< 2 mA）电源（VCC）供电。内部电荷泵为高端开关提供栅极驱动电压。

二、产品特性

（一）驱动能力

• N沟道H桥电机驱动：能够实现双向有刷直流电机驱动，满足不同方向的运动控制需求。
• 低导通电阻：HS + LS MOSFET导通电阻为180mΩ，有助于降低功率损耗。
• 大输出电流：最大输出电流可达3A，能满足大多数电机的驱动需求。

（二）供电与频率

• 独立供电：负载（电机）和逻辑电源分开，VM电压范围0V至12V，VCC逻辑电源为2V至5.5V且电流需求小于2mA，VCC还可由GPIO供电以实现关机功能。
• 宽开关频率：开关频率范围为0kHz至250kHz，提供了灵活的控制选项。

（三）睡眠模式

• 超低功耗：具有专用的nSLEEP输入引脚，可进入超低功耗睡眠模式，降低系统功耗。

（四）保护功能

• 自动恢复保护：具备VCC欠压锁定（UVLO）、过流保护（OCP）和热关断（TSD）等保护功能，且能自动恢复，提高了系统的可靠性。

（五）封装形式

采用绿色TDFN - 2×2 - 8AL封装，符合环保要求。

三、应用领域

SGM42537的应用范围广泛，包括有刷直流电机、螺线管和继电器驱动，还可用于相机、单反镜头、消费产品、玩具、机器人和医疗设备等领域。

四、电气特性与参数

（一）电源相关参数

• VM工作电源电流：无PWM且无负载时，最大值为130μA；50kHz PWM且无负载时，典型值为210μA。
• VM睡眠模式电源电流：VCC = 0V且所有输入为0V时，VM = 2V时最大值为70nA，VM = 5V时最大值为70nA。
• VCC工作电源电流：最大值为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）逻辑输入参数

• 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：典型值为23μA，最大值为30μA。
• 下拉电阻：约为140kΩ。

（三）H桥FET参数

• HS + LS FET导通电阻：在不同的Vcc和VM电压下，导通电阻有所不同，例如Vcc = 3V、VM = 3V且Io = 800mA、T = +25°C时，最大值为240mΩ。
• 关断状态泄漏电流：- 500 - 500nA。

（四）保护电路参数

• 过流保护跳闸电平：典型值为5.0A，最大值为7.0A。
• 过流保护重试时间：典型值为5ms。
• 过流消抖时间：典型值为1.4μs。
• 输出死区时间：典型值为100ns。
• 热关断温度：典型值为165°C，最大值为180°C。
• 热关断迟滞：典型值为30°C。

五、设计与应用要点

（一）设计要求

在设计时，需要确定电机电源电压VM、逻辑电源电压VCC和目标RMS电流IOUT等参数。例如，电机电源电压VM可选择9V，逻辑电源电压VCC选择3.3V，目标RMS电流IOUT为0.8A。

（二）VM电源电压

负载电压额定值通常决定了所需的VM电压。对于有刷直流电机，降低电源电压会降低电机在相同PWM占空比下的转速，而选择较高的VM会增加负载电流和开关时的电流变化率。

（三）大容量电容

在电源线上需要有足够的大容量电容以避免不稳定。但电容过大可能会增加设计的尺寸和成本，并对系统稳定性产生不利影响。需要综合考虑负载或电机系统的峰值电流、电源的电流供应能力、寄生线路电感、系统可接受的线路电压纹波以及电机制动/反转方法等因素来选择合适的电容。

（四）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会使器件进入低功耗睡眠状态，VM电流会降至非常小的水平。所有输入引脚通过约100kΩ的电阻弱下拉至GND，在睡眠模式下，应将输入保持在GND电平以最小化电源电流。

（五）PCB布局

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器件GND。同时，在器件附近的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。

（六）热考虑

当芯片温度超过约+160°C时，器件会发生热关断。为避免不必要的热关断，在布局时应考虑对器件进行适当的散热。使用器件下方的暴露焊盘进行散热，并将其连接到大型铜平面，最好使用连接到其他层平面（尤其是PCB背面层）的热过孔来改善散热和器件冷却。同时，还应考虑自然空气循环以保持器件周围的低环境温度。

（七）功率损耗

器件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）。H桥中的近似功率损耗可以通过公式(PTOT = 2 × RDSON × (IOUT_RMS)^2)来估算，其中PTOT是器件的功率耗散，IOUT_RMS是负载或电机绕组中的RMS输出电流。

六、总结

SGM42537低电压H桥驱动器以其丰富的特性和良好的性能，为电机驱动设计提供了一个可靠的解决方案。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的设计要求，合理选择参数，注意电源、电容、布局和散热等方面的问题，以充分发挥该驱动器的优势，实现高效、稳定的电机驱动系统。你在使用SGM42537进行设计时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。