A4952和A4953全桥DMOS PWM电机驱动器技术解析

一、引言

在电机驱动领域，高效、可靠且功能丰富的驱动器至关重要。A4952和A4953全桥DMOS PWM电机驱动器凭借其出色的性能和特性，成为众多工程师的选择。本文将深入剖析这两款驱动器的特点、性能以及应用要点。

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二、产品概述

2.1 功能特性

A4952和A4953专为直流电机的脉宽调制（PWM）控制而设计，能够提供±2 A的峰值输出电流，工作电压可达40 V。它们具有以下显著特性：

• 低导通电阻输出：低 (R_{DS (on) }) 输出可降低功率损耗，提高效率。
• 过流保护（OCP）：包括电机短路保护、电机引线对地短路保护以及电机引线对电池短路保护，有效保护驱动器和电机。
• 低功耗待机模式：当两个输入（INx）引脚低电平持续超过1 ms时，进入低功耗待机模式，禁用大部分内部电路，降低功耗。
• 可调PWM电流限制：通过选择 (R{Sx}) 和VREF引脚的电压来设置最大电流限制值，计算公式为 (I{TripMAX }=frac{V{REF}}{A{V} × R_{S}}) 。
• 同步整流：在电流衰减期间开启适当的DMOSFET，有效短路体二极管，降低功耗。
• 内部欠压锁定（UVLO）：防止输出驱动器在低于UVLO阈值时开启，保护设备。
• 交叉电流保护：避免桥臂直通，提高可靠性。
• 故障输出（仅A4952）：当检测到短路时，开漏FLTn输出信号变低。
• 可选重试（仅A4952）：通过RTRY引脚设置对OCP故障的响应动作。

2.2 封装形式

A4952采用低外形10引脚MSOP封装（后缀LY），A4953采用低外形8引脚SOICN封装（后缀LJ）。两种封装都有外露散热焊盘，且为无铅封装，引脚采用100%雾锡镀层。

三、性能参数

3.1 绝对最大额定值

特性	符号	注释	额定值	单位
负载电源电压	(V_{BB})		40	V
逻辑I/O电压范围	(V_{IN})		–0.3 to 6	V
FLTn灌电流	(I_{FLTN})		10	mA
(V_{REF}) 输入电压范围	(V_{REF})		–0.3 to 6	V
检测电压（LSS引脚）	(V_{S})		–0.5 to 0.5	V
电机输出电压	(V_{OUT})		–2 to 42	V
输出电流	(I_{OUT})	占空比 = 100%	2	A
瞬态输出电流	(i_{OUT})	(T_{W}) < 500 ns	6	A
工作温度范围	(T_{A})	温度范围E	–40 to 85	°C
最大结温	(T_{J (max)})		150	°C
存储温度范围	(T_{stg})		–55 to 150	°C

3.2 热特性

热特性可能需要在最大条件下进行降额处理，具体数值如下：	特性	符号	测试条件*	值	单位
封装热阻	(R_{θJA})	LJ封装，基于JEDEC标准的4层PCB	35	°C/W
		LJ封装，两侧各有0.8 in²、2 oz铜的2层PCB	62	°C/W
		LY封装，基于JEDEC标准的4层PCB	48	°C/W
		LY封装（估计），两侧各有1 in²、2 oz铜的2层PCB	60	°C/W

3.3 电气特性

在 (T_{J}=25^{circ} C) （除非另有说明）时，电气特性如下：

• 负载电源电压范围： (V_{BB}) 为8 - 40 V。
• 导通电阻： (R{DS(on)}) （灌电流 + 源电流总和）在 (I{OUT} = |1.5 A|) 、 (T{J} = 25°C) 时为0.8 - 1.0 Ω；在 (I{OUT} = |1.5 A|) 、 (T_{J} = 125°C) 时为1.3 - 1.6 Ω。
• 负载电源电流： (I{BB}) 在 (f{PWM} < 30 kHz) 时为10 mA，低功耗待机模式下为10 µA。
• 体二极管正向电压：源二极管 (V{f}) 在 (I{f} = –1.5 A) 时为1.5 V，灌二极管在 (I_{f} = 1.5 A) 时为1.5 V。

四、功能描述

4.1 设备操作

A4952和A4953通过内部同步整流控制电路降低PWM操作期间的功耗。输出全桥中的电流通过固定关断时间的PWM控制电路进行调节，IN1和IN2输入实现两线控制。

4.2 待机模式

当两个输入（INx）引脚低电平持续超过1 ms时，进入低功耗待机模式。从待机模式恢复时，在向设备发出任何PWM命令之前，应允许电荷泵达到其调节电压（最大延迟30 µs）。

4.3 内部PWM电流控制

初始时，一对对角的源极和漏极FET输出开启，电流流经电机绕组和可选的外部电流检测电阻 (R{S}) 。当 (R{S}) 两端的电压等于比较器跳闸值时，电流检测比较器复位PWM锁存器，锁存器关闭漏极和源极FET（混合衰减模式）。

4.4 过流保护

A4952的电流监视器可保护IC免受输出短路损坏。内部过流保护（OCP）具有故障输出（FLTn引脚）和重试输入（RTRY引脚）功能。A4953的过流保护行为类似，但故障被锁存，只能通过进入待机模式或对 (V_{BB}) 进行电源循环来复位。

4.5 关机

当管芯温度升高到约160°C时，全桥输出将被禁用，直到内部温度降至滞后温度 (T{TSDhys }) （20°C）以下。 (V{BB}) 上的内部UVLO可防止输出驱动器在低于UVLO阈值时开启。

4.6 制动

制动功能通过在慢衰减模式下驱动设备实现，即在桥臂使能斩波命令后，将两个输入设置为逻辑高电平。这种配置可有效短路电机产生的反电动势，最大电流可近似为 (V{BEMF} / R{L}) 。

4.7 同步整流

当内部固定关断时间周期触发PWM关断周期时，负载电流将进行再循环。A4952/A4953的同步整流功能在电流衰减期间开启适当的DMOSFET，有效短路体二极管，降低功耗。当检测到零电流水平时，同步整流关闭，防止负载电流反转。

4.8 混合衰减操作

桥臂在混合衰减模式下工作。当达到跳闸点时，设备在固定关断时间周期的50%内进入快速衰减模式，然后在剩余时间内切换到慢衰减模式。在从快速衰减到慢衰减的过渡期间，驱动器在交叉延迟 (t_{COD}) 期间被强制关闭，以防止桥臂直通。

五、应用信息

5.1 检测引脚（LSS）

为了使用PWM电流控制，在LSS引脚和地之间放置一个低值电阻用于电流检测。为了最小化检测输出电流水平时的地迹线IR降，电流检测电阻应具有独立的接地返回至星型接地点，且该迹线应尽可能短。选择检测电阻值时，要确保在最大负载下LSS引脚的最大电压不超过±500 mV。

5.2 接地

星型接地点应尽可能靠近A4952/A4953。设备外露散热焊盘正下方的铜接地平面是星型接地点的理想位置，可将外露焊盘连接到地。

5.3 布局

PCB应具有厚接地平面。为了获得最佳的电气和热性能，A4952/A4953必须直接焊接到电路板上。A4952/A4953封装的底面有一个外露焊盘，可提供增强的散热路径。热过孔用于将热量传递到PCB的其他层。负载电源引脚 (V_{BB}) 应使用一个电解电容（通常为100 μF）与一个较低值的陶瓷电容并联进行去耦，且电容应尽可能靠近设备放置。

六、总结

A4952和A4953全桥DMOS PWM电机驱动器具有丰富的功能和出色的性能，适用于各种直流电机驱动应用。在设计过程中，工程师需要根据具体需求合理选择封装形式、设置电流限制、优化布局等，以确保驱动器的稳定运行。同时，要注意遵循绝对最大额定值和热特性要求，避免设备损坏。你在使用这两款驱动器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。