電機規(guī)格與電機驅動器IC絕對最大額定值之間的關系
在使用電機時，基本上需要電機驅動電路。根據(jù)電機的種類、電機的功率等規(guī)格、應用產(chǎn)品等的不同，電機的驅動電路也分很多種，包括分立組成、以及驅動器IC和微控制器相組合等不同的方式。在“電機驅動基礎篇”里，我們根據(jù)具有代表性的電機結構和工作原理，大致講解了使用了電機驅動器IC的驅動方法。
本文將講解“絕對最大額定值”，這是在選擇電機驅動器IC時必須要仔細確認的項目。本文還通過兩個表格匯總列出了兩個主題，一個是從電機的角度來看電機規(guī)格與電機驅動器IC絕對最大額定值之間的關系，另一個是電機驅動器IC的各個絕對最大額定值的含義及其注意要點。
什么是絕對最大額定值？
首先來了解一下“絕對最大額定值”到底是什么。如果對該項目理解不充分，可能會導致嚴重的事故，所以無論是設計者還是使用者，都需要準確地理解并嚴謹?shù)貞谩Ｔ诒疚闹惺且噪姍C驅動器為例進行講解的，但其實絕對最大額定值的定義不僅局限于電機驅動器，也同樣適用于其他半導體元器件。
關于半導體元器件的絕對最大額定值的術語定義，原則上遵循“JIS C 7032 晶體管通則”。其定義是“即使一瞬間也不可超過的極限值，是不允許任何兩個項目同時達到的極限值”。可以解釋為“無論時間有多短，絕對不能超過絕對最大額定值中的任何項目的值”。
關于實際的思路和應用，請參閱的Tech Web Motor TECH INFO的專欄,其中有詳細介紹。
電機規(guī)格與電機驅動器IC絕對最大額定值之間的關系
在電機應用中，進行電機驅動器IC選型時，基本上要根據(jù)電機規(guī)格和使用條件來選擇滿足要求的驅動器IC。例如，如果電機的使用電壓為24V±10%，則驅動器IC的電源電壓額定值需要覆蓋該上限值。下表中總結了電機規(guī)格與驅動器IC絕對最大額定值之間的主要關系。當然，根據(jù)某些條件還有其他需要注意的細節(jié)，需要單獨探討。
※電機示例：24V復印機用無刷電機
| 項目 | 電機規(guī)格示例 | 與電機驅動器IC絕對最大額定值之間的關系 |
|---|---|---|
| 額定（電源）電壓 | DC24V |
電壓上限必須在不超過絕對最大額定值和容許損耗的范圍內(nèi)。 也要確認關斷時線圈的L分量引起的反電動勢。 實際上的電源電壓在待機（無負載）、啟動（有負載時）時會發(fā)生變化，因此以所使用電壓上限的120%左右為IC的絕對最大額定值。例：24V＋10%＝26.4V→32V，則32V以上為絕對最大額定值的參考標準。 |
| 使用電壓 | DC24V±10% | |
|
額定負載／ 負載電流 |
60mN／1.2A以下 |
輸出電流額定值需要在負載電流值以上。 考慮到以額定電流連續(xù)通電時的電機溫度實際上升情況，IC的Tj按照125℃以下設計比較好。驅動器IC的絕對最大額定值大多是在Tj=150℃條件下進行設計的。 |
| 啟動電流 | 3A以下 |
電流值不可超過LSI的絕對最大額定值。 以“啟動電流＝絕對最大電流×0.8”作為參考標準。例：如果啟動電流是3A，則最大額定值為3.75A以上。 |
| 電機繞組絕緣等級 | E級（120℃） | ?不適用于驅動器IC。 |
| 壽命 | 連續(xù)3000小時以上 | IC的壽命比電機壽命（主要是軸承的壽命）長很多，所以無需考慮。 |
| 工作溫度范圍 | －5℃～＋60℃ | 必須考慮到公差，且滿足規(guī)格。例：－20℃～＋80℃、－40℃～＋85℃ |
| 保存溫度范圍 | -30℃～+80℃ | 必須考慮到公差，且滿足規(guī)格。例：－55℃~+150℃ |
電機驅動器IC的絕對最大額定值及其注意要點
下表中總結了電機驅動器IC的絕對最大額定值及其注意要點。常見的注意要點有：如果超過絕對最大額定值，可能會導致驅動器IC的特性惡化，壽命可能會縮短，甚至會損壞IC。此外，即使電壓、電流、溫度和濕度等在絕對最大額定值以內(nèi)，使用環(huán)境條件越嚴苛，驅動器IC的可靠性越低。因此，要想實現(xiàn)可靠性高的設計，應考慮相對于額定值的降額。
| 項目 | 內(nèi)容 | 注意事項 |
|---|---|---|
| 電源電壓 |
電源引腳和接地（GND）引腳間可施加的不會導致內(nèi)部元件特性劣化或損壞的最大電源電壓。 如果有多個電源引腳，則對每個電源引腳進行規(guī)定。 |
是不會引起特性劣化和損壞的可施加電源電壓，不是正常工作的電源電壓。 為了確保IC的保證值并使IC正常工作，需要在工作電源電壓范圍內(nèi)使用。 |
| 輸出電流 |
在不引起內(nèi)部元件特性和鍵合線劣化或損壞的前提下，可流經(jīng)電源段的輸出引腳、電源段的電源引腳和GND引腳的最大電流。 沒有特別規(guī)定時，可連續(xù)流過。 |
即使一瞬間也不可超過。 也有某些規(guī)格規(guī)定了瞬時條件并且值較大。 不可超過封裝的容許損耗，并確保該值不超過ASO*。 |
| 輸入電壓范圍 | 用來控制輸出引腳狀態(tài)的各輸入引腳和輸入電路的GND引腳間可施加的不引起內(nèi)部元件特性劣化或損壞的電壓范圍。 |
如果提供的最大值為“－0.3～Vcc”，則額定值取決于實際的Vcc電壓。 當輸入引腳和電源引腳間有靜電擊穿保護二極管時，要確保輸入引腳電壓不要超過電源引腳電壓＋二極管VF以致處于導通狀態(tài)。 |
| 工作溫度范圍 | 正常工作的環(huán)境（或結點）溫度范圍。 | 要確認溫度為環(huán)境溫度（Ta）還是結溫（Tj）。 |
| 保存溫度范圍 | 不會引起內(nèi)部元件特性劣化和封裝材料劣化、可以保存IC單體的溫度范圍。 | 如果未提供結溫的絕對最大額定值，則該項的最高溫度為結溫的絕對最大額定值。 |
| 容許損耗 |
環(huán)境溫度Ta為25℃時，IC可消耗的功率。 IC消耗功率時會發(fā)熱，結點（芯片）溫度Tj會高于環(huán)境溫度。 可以消耗的功率取決于Tjmax的限值。 |
當安裝在特定電路板上時，或者是IC單體的值時，受實際使用的電路板面積和厚度、布線層的層數(shù)、面積、厚度、通孔的配置位置等因素影響，容許損耗會有很大差異。 通常使用內(nèi)部發(fā)熱量與外部散熱量均衡情況下的θj-a來求容許損耗，因此在短時間的功耗中，Tj的升幅很小，所以熱阻看起來很小，功率損耗會增加。 短時間的容許損耗需要逐一使用瞬態(tài)熱阻數(shù)據(jù)來進行判斷。 |
| 結溫 | IC芯片（結點）的最大容許溫度（Tjmax）。 | 是IC的功耗帶來的發(fā)熱量加上Ta計算得出的溫度，需要確認消耗的功率和并進行散熱設計。 |
* ASO：Area of Safety Operation：安全工作區(qū)。有時也稱為“SOA（Safety Operation Area）”。雖然不是絕對最大額定值項目，但是取決于相關的額定值。
| 右圖所示曲線的內(nèi)側（數(shù)值較低的一側）為ASO，如果是驅動器IC，則表示輸出段晶體管的安全工作區(qū)。在額定電流限制區(qū)域④和額定電壓限制區(qū)域①的內(nèi)側，還會受到容許損耗限制區(qū)域③、以及由于雙極元件的二次擊穿即使電壓和電流在額定范圍內(nèi)也會導致?lián)p壞的區(qū)域②的限制。此外，在MOSFET中也可能有由于發(fā)熱點集中而類似于雙極元件二次擊穿的區(qū)域②。 |
尤其是以電感負載使用時，電壓和電流之間會產(chǎn)生相位差，因此可能會被施加瞬態(tài)電壓和電流，此時需要確認是否在ASO范圍內(nèi)。通過觀察瞬態(tài)現(xiàn)象的波形，測量電壓和電流同時被施加多長時間，并與各驅動器IC輸出段晶體管的ASO數(shù)據(jù)進行比較來確認。
關鍵要點
半導體元器件的絕對最大額定值的術語定義，遵循“JIS C 7032 晶體管通則”中的術語定義。
絕對最大額定值的定義是“即使一瞬間也不可超過的極限值，是不允許任何兩個項目同時達到的極限值”。
進行電機驅動器IC選型時，基本上要根據(jù)電機規(guī)格和電機使用條件來選擇滿足要求的電機驅動器IC。
如果超過絕對最大額定值，可能會導致電機驅動器IC的特性惡化、壽命縮短、甚至會損壞IC。
即使在絕對最大額定值范圍內(nèi)，使用環(huán)境條件越嚴苛，電機驅動器IC的可靠性越低。
審核編輯黃宇
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