DRV11873三相无传感器电机驱动器中文资料

2020-7-8 09:17:11 3707 drv11873 电机驱动器

0 　　特征　　•输入电压范围：5至16 V 　　•6个集成MOSFET，1.5-A连续输出电流　　•总驱动器H+L RDSON 450 mΩ 　　•无传感器专有BMEF控制方案　　•150°换向　　•同步整流PWM操作　　•FG和RD漏极开路输出　　•外部使用5伏LDO，最大20毫安　　•7至100 kHz的PWMIN输入　　•通过外部电阻器可调限值的过电流保护　　•锁定检测　　•电压浪涌保护　　•UVLO 　　•热关机　　应用　　•设备冷却风扇　　•桌面冷却风扇　　•服务器冷却风扇　　说明　　DRV11873是一种三相无传感器电机驱动器，集成功率MOSFET，驱动电流可达1.5 a连续电流和2 a电流峰值DRV11873专为低噪音和低外部组件数量的风扇电机驱动应用而设计。DRV11873内置过流保护，无需外部电流检测电阻。同步整流操作模式提高了电机驱动器应用的效率。DRV11873输出FG和RD，用开路漏极输出指示电机状态。针对一台三相电机，提出了一种150°无传感器BEMF控制方案。DRV11873采用16针热效率TSSOP封装。工作温度规定为-40°C至125°C。　　简图　　　　典型特征　　　　详细说明　　概述　　DRV11873是一种三相无传感器电机驱动器，集成功率MOSFET，驱动电流最高可达1.5 a连续和2 a峰值。它是专为低噪音和低外部组件数量的风扇电机驱动应用而设计的。DRV11873内置过流保护，无需外部电流检测电阻。同步整流操作模式提高了电机驱动器应用的效率。一个5伏的LDO可提供高达20毫安的外部负载。DRV11873输出FG和RD，用开路漏极输出指示电机状态。针对一台三相电机，提出了一种150°无传感器BEMF控制方案。DRV11873可适用于具有FS引脚选择功能的各种风扇电机。电机速度可以通过调节VCC或提供PWM输入来控制。电压浪涌保护方案防止输入VCC电容器在电机制动模式下过度充电。DRV11873具有多个内置保护块，包括UVLO、过电流保护、锁定保护和热关机保护。　　功能框图　　　　特性描述　　速度控制　　DRV11873可通过PWMIN或VCC引脚控制电机速度。电机转速随PWMIN占空比或VCC输入电压的升高而增加。在大多数情况下，电机转速（RPM）与PWMIN占空比或VCC输入电压的曲线接近线性。然而，电机特性影响该速度曲线的线性度。DRV11873可在低VCC输入电压≥4.1V下工作。PWMIN引脚内部拉至V5，频率范围从7到100kHz不等。当FS引脚被拉高时，电机驱动器mosfet以125khz的恒定开关频率工作，当FS引脚被拉低时，mosfet以62.5khz的恒定开关频率工作。在这种高开关频率下，DRV11873可以消除可听噪声，降低VCC输入电压和电流的纹波。　　频率发生器　　在正常工作条件下，FG输出为50%占空比的方波输出。它的频率代表了电机的转速和相位信息。FG引脚是开漏输出。连接任何外部系统都需要一个外部上拉电阻器。在启动过程中，FG输出保持高阻抗，直到电机转速达到一定水平并检测到BEMF。如果不使用FG，该引脚可以保持浮动。FG引脚可以通过一个上拉电阻器连接到V5或VCC。正常情况下，上拉电阻值可为100 kΩ或更高。在锁定保护期间，FG输出保持高，直到解除锁定保护并完成重新启动。FG引脚内置了一个电流限制功能，当VCC或V5意外连接到FG引脚时，防止开路漏极MOSFET损坏。根据FG频率计算转速，参考方程式1。　　　　其中：　　•FG单位为赫兹（Hz）　　FS设置　　通过设置FS引脚，DRV11873可以安装广泛的风扇电机。对于低绕组电阻和低电感的高速风扇电机，FS引脚应拉高。对于电机绕组电阻高、电感大的低速风扇电机，应将FS引脚拉低。通过FS引脚选择，DRV11873可用于从低速冰箱冷却风扇到高速服务器冷却风扇的广泛应用。FS状态只能在设备通电期间设置。　　锁保护和RD输出　　如果电机被外力阻挡或停止，则在检测时间后触发锁定保护。在锁定检测时间内，电路监控FG信号。如果FG输出在锁定检测时间内未改变状态，锁定保护将停止驱动电机。在锁释放时间后，DRV11873继续驱动电机。如果锁定条件仍然存在，DRV11873继续下一个锁定保护循环，直到锁定条件被解除。有了这种锁定保护，电机和设备不会过热或损坏。不同的FS设置决定了不同的锁检测和锁释放时间。有关不同的锁检测和释放时间，请参见电气特性。　　RD引脚是一个开路漏极输出，可以通过上拉电阻器连接到V5或VCC。正常情况下，上拉电阻值可为100 kΩ或更高。在锁定保护条件下，RD输出保持高，直到解除锁定保护并完成重新启动。RD管脚内置电流限制功能，防止VCC或V5意外连接到RD管脚时损坏开漏MOSFET。　　反转控制FR 　　DRV11873有一个FR引脚，用于设置电机的正向或反向旋转。在DRV11873通电期间，设置FR状态。在正常运行期间，如果FR状态改变，电机的旋转方向不会改变。如果PWMIN被拉低，FR状态可以复位；如果FS高，PWM必须拉低300μs，如果FS低，PWM必须低600μs。下拉适当时间后，FR状态在PWM上升沿复位。　　5-V LDO 　　DRV11873有一个内置的5伏LDO，可以输出20毫安的负载电流。它可以提供5V的偏置电压供外部使用。ti建议使用2.2-μF陶瓷电容器，在V5引脚和地面之间的PCB布局上紧密连接。　　过流保护　　DRV11873可以通过连接到CS引脚和接地的外部电阻器调节过电流。在不使用外部电流检测电阻器的情况下，DRV11873感测通过功率MOSFET的电流。因此，在电流感应过程中不会发生功率损失。这种现有的sense架构提高了系统的效率。将CS引脚对地短路将禁用过电流保护。在过电流保护期间，DRV11873仅限制对电机的电流，不会停止运行。过电流阈值可通过方程式2由外部电阻器的值设定。　　　　在电机启动期间，过电流水平增加至RCS设定值的1.5倍。如果在启动过程中触发过电流保护，电机将无法启动。　　UVLO 　　DRV11873有一个内置的UVLO功能块。UVLO阈值的滞后性为200mv。当VCC达到4.1 V并在4.3 V唤醒时，设备被锁定。　　热关机　　DRV11873具有内置的热关机功能，当结温超过160℃时关闭装置，当结温降至150℃时恢复运行。　　抗浪涌电压（AVS）　　DRV11873有一个保护功能，防止任何能量在电机制动时返回电源。这项功能，AVS，保护该设备以及任何其他设备，以防止VCC增加。当电机停止工作时，AVS停止工作。　　设备功能模式　　启动　　启动时，换向逻辑开始驱动电机，一相高，一相低，第三关断。如果在关断相上检测到过零，换相逻辑进入下一步；同一相高，关断相变低，低相关断。最初，BEMF的强度不足以检测到过零点，在这个非常初始的阶段，换向自动切换，直到BEMF足够大，可以读取。在启动模式下，无论PWM输入如何，都会应用100%的占空比。在换向逻辑接收到4个连续成功的过零后，它切换到正常工作。　　在某些情况下，当设备再次尝试启动电机时，电机可能具有初始速度。当这种情况发生时，换向逻辑跳过启动过程，直接进入正常运行。　　闭环控制　　电机启动成功后，启动控制切换到稳态运行。在稳态控制中，电机换向150°。这是一种先进的梯形方法，它允许装置将相位逐渐驱动到最大电流，并在换向时逐渐驱动至0。　　AVS保护　　当设备被命令减速或停止电机时，为了保护IC和系统，DRV11873具有AVS保护。此功能可防止电压供应VCC高于标称值。为了做到这一点，该设备监测MOSFET中的电流，并能够感应到浪涌何时开始发生。AVS功能控制电流，不允许它充电回VCC，因此没有电压浪涌。　　应用与实施　　注意　　以下应用章节中的信息不是TI组件规范的一部分，TI不保证其准确性或完整性。TI的客户负责确定组件的适用性。客户应验证和测试其设计实现，以确认系统功能。　　申请信息　　DRV11873只需要五个外部组件。该器件需要一个10μF或更高的陶瓷电容器连接到VCC和地上进行去耦。在布局过程中，地铜浇注策略对提高热性能至关重要。对于两层或更多层，使用八个热通孔。有关PCB布局的示例，请参阅布局示例。对于大电流电机，在相位U、V、W和接地之间放置三个肖特基二极管。每个二极管阳极端子必须接地，阴极端子必须连接到U、V或W。如果电机上没有COM引脚，可以模拟一个。使用三个以Y形连接的电阻，一个连接到U，一个连接到V，一个连接到W。将相位相反的电阻端连接在一起。这个中心点是COM。要找到合适的电阻值，从10 kΩ开始，然后继续减小1 kΩ，直到电机正常运行。　　典型应用　　　　设计要求　　　　详细设计程序　　1、参照设计要求，确保系统满足推荐的应用范围。　　–确保VCC电平在5到16 V之间–验证电机在运行期间的需求不超过1.5 A 　　2、绘制原理图时，请遵循应用和电源建议。　　–如果电机为高电流/高速，则在相位和接地之间使用三个肖特基二极管。　　–确保VCC、V5、VCP、CPP和CPN上有足够的电容。　　–根据特性描述中给出的详细信息确定CS上电阻器的尺寸。　　–在FG和RD上拉起。　　–如果电机没有公共引脚，请使用应用信息中列出的方法创建一个。　　3、根据布局指南构建硬件。–将电源电容器尽可能靠近引脚。　　–布线U、V、W和VCC记录道，以处理允许的电流。　　–确保接地连接使用引脚和热垫。　　–使用散热垫上的通孔来散热。　　4、使用应用程序的电机测试系统，以验证操作是否正常。　　应用曲线　　　　电源建议　　DRV11873设计用于在5至16 V范围内的输入电压VCC下工作。用户必须将额定用于VCC的10μF陶瓷电容器放置在尽可能靠近VCC和GND引脚的位置。如果电源纹波大于200毫伏，除了本地去耦电容器外，还需要一个大容量电容器，并且必须根据应用要求确定其大小。如果在应用中实现了体电容，用户可以将局部陶瓷电容的值降低到1μF。　　布局　　布局指南　　•将VCC、GND、U、V和W管脚放置在较厚的迹线上，因为高电流通过这些迹线。　　•将10μF电容器放置在VCC和GND之间，并尽可能靠近VCC和GND引脚。　　•将电容器放置在CPP和CPN之间，并尽可能靠近CPP和CPN引脚。　　•将电容器放在V5和GND之间，尽可能靠近V5引脚。　　•连接热垫下方的GND。　　•底部和顶部的热垫连接应尽可能大。它应该是一块没有任何空隙的铜片。　　布局示例　　 2
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