MS4931——三相無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)

產(chǎn)品簡(jiǎn)述

MS4931 是一款三相無(wú)刷電機(jī)的預(yù)驅(qū)動(dòng)芯片，最高工作電

壓可達(dá) 35V，能驅(qū)動(dòng)寬范圍的 N 溝功率 MOSFET。

芯片具有堵轉(zhuǎn)保護(hù)、過溫保護(hù)以及同步整流等功能。當(dāng)芯

片處于衰減期時(shí)，內(nèi)部同步整流可以通過打開合適的功率管，

從而降低功耗。

MS4931 提供使能、方向、剎車輸入腳，用于控制電流，

邏輯輸入腳 FG1 和 FG2 可用于測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況.

芯片的工作溫度范圍為-40°C 到 105°C，采用 QFN28 封裝。

主要特點(diǎn)

?驅(qū)動(dòng) 3 組共 6 個(gè) N 型功率管

?同步整流，停機(jī)模式，低功耗

?低壓保護(hù)和過溫保護(hù)

?HALL 元件輸入

?PWM 控制電流，可切換正、反轉(zhuǎn)工作模式

?死區(qū)時(shí)間保護(hù)

?FG 輸出

?5V 穩(wěn)壓輸出

?鎖機(jī)檢測(cè)保護(hù)

應(yīng)用

?激光打印器

?復(fù)印機(jī)

?電動(dòng)工具

?大型家電

?監(jiān)控?cái)z像頭

產(chǎn)品規(guī)格分類

管腳圖

管腳說明

內(nèi)部框圖

極限參數(shù)

芯片使用中，任何超過極限參數(shù)的應(yīng)用方式會(huì)對(duì)器件造成永久的損壞，芯片長(zhǎng)時(shí)間處于極限工作

狀態(tài)可能會(huì)影響器件的可靠性。極限參數(shù)只是由一系列極端測(cè)試得出，并不代表芯片可以正常工作在

此極限條件下。

電氣參數(shù)

無(wú)其他說明，TA=25°C，VBB=24V。

如有需求請(qǐng)聯(lián)系——三亞微科技 王子文（16620966594）

如有需求請(qǐng)聯(lián)系——三亞微科技 王子文（16620966594）

功能描述

驅(qū)動(dòng)模塊

芯片采用一種直接的 PWM 驅(qū)動(dòng)方式減小功耗。PWM 通過調(diào)整輸出模塊上臂管的關(guān)斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)

節(jié)功能，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度由其占空比決定。

在正常的 PWM 關(guān)斷時(shí)，同步整流開始發(fā)揮作用。相比 LDMOS 寄生的二極管續(xù)流，下臂管導(dǎo)通能

夠極大地減小熱量的產(chǎn)生。

過流保護(hù)

過流保護(hù)電路用于限制輸出電流的最大峰值，由 VREF 與 SENSE 腳的 Rsense 電阻決定

（VREF=0.2，Rsense 為電流檢測(cè)電阻），公式為 Ilimit=0.2/Rsense。電路通過減小輸出導(dǎo)通占空比，來(lái)

限制輸出電流。

過流保護(hù)電路在檢測(cè) PWM 工作時(shí)，在二極管中流過的反向電流會(huì)有一個(gè) 1.2μs 左右的工作延時(shí)，

從而防止限流電路工作異常。如果電機(jī)繞組的內(nèi)阻或電感太小，在啟動(dòng)時(shí)（電機(jī)中沒有反向電動(dòng)勢(shì)的

產(chǎn)生），電流將會(huì)快速變化。這個(gè)工作延時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致限流在大于設(shè)定值時(shí)才發(fā)生。因此在設(shè)定限流

值時(shí)，有必要考慮延時(shí)引起的增加。

注意在限流電路中，PWM 頻率是由內(nèi)置的振蕩器決定，大概 50kHz。

速度控制方法

脈沖從 ENABLE 管腳輸入，可以通過調(diào)節(jié) PWM 波的占空比，來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)速度。

ENABLE 為 0 時(shí)為 ON 態(tài)，ENABLE 為 1 時(shí)為 OFF 態(tài)。

如果有必要使用反向邏輯，可以加入一額外的 NPN 管。當(dāng) ENABLE 持續(xù)高電平，芯片會(huì)判定占空

比為 0，會(huì)導(dǎo)致 CLD 電路計(jì)數(shù)重置并且 HB 腳的輸出為 0。

CLD 保護(hù)電路

MS4931 包含一個(gè)抑制保護(hù)電路。當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)但 HALL 信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間不變化時(shí)，電路開始工作。

當(dāng) CLD 電路工作時(shí)，所有輸出上臂管全部關(guān)斷。

時(shí)間由連接 CLD 腳的電容決定。設(shè)置時(shí)間=90×C(μF)

當(dāng)一個(gè) 0.022μF 的電容接入時(shí)，保護(hù)時(shí)間約 2s。設(shè)置時(shí)間必須足夠大，以滿足電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。

計(jì)數(shù)被重置的條件：

BRAKEZ 端為高 ——> 保護(hù)釋放并重新計(jì)數(shù)（重置初始態(tài)）

DIR 正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié) ——> 保護(hù)釋放并重新計(jì)數(shù)

0%占空比 ENABLE 波被檢測(cè) ——> 保護(hù)釋放并重新計(jì)數(shù)

低壓條件被檢測(cè) ——> 保護(hù)釋放并重新計(jì)數(shù)（重置初始態(tài)）

TSD 條件被檢測(cè) ——> 停止計(jì)數(shù)

當(dāng) CLD 腳接地，邏輯電路將進(jìn)入初始態(tài)，防止發(fā)生速度控制。當(dāng)不需要使用 CLD 保護(hù)功能時(shí)，將

一個(gè)大小近 220kΩ 和 4700pF 的電容并聯(lián)對(duì)地。

低壓保護(hù)

MS4931 通過結(jié)合比較器，使用帶隙電壓作基準(zhǔn)進(jìn)行比較，電路檢測(cè) 5.6V 的 HBIAS 電壓，當(dāng)

BRAKEZ 為低且 HBIAS 電壓低于 4.15V 時(shí)，所有輸出晶體管將被關(guān)斷。

為使 HBIAS 電壓在 4.15V 附近不出現(xiàn)振蕩，設(shè)置 0.3V 的遲滯。因此，當(dāng) HBIAS 電壓恢復(fù)到 3.2V

時(shí)，才會(huì)關(guān)閉低壓保護(hù)電路，所有輸出管恢復(fù)工作。

過溫保護(hù)

當(dāng)芯片結(jié)溫超過 154°C 時(shí)，過溫保護(hù)電路被激活，關(guān)斷所有輸出管。當(dāng)溫度恢復(fù)到遲滯溫度 40°C

時(shí)，所有輸出管恢復(fù)工作。

但是，由于過溫保護(hù)僅僅在芯片結(jié)溫超過設(shè)定值才會(huì)被激活，它并不能保證產(chǎn)品就能免受破壞。

HALL 輸入信號(hào)

可以識(shí)別到幅度超過遲滯（最大 35mV）的 HALL 信號(hào)，但考慮到噪聲效應(yīng)以及相位偏移，至少大

于 100mV 的幅度為最佳。為了減少輸出噪聲的干擾，可以在 HALL 輸入端接對(duì)地電容。在 CLD 保護(hù)電

路中，HALL 輸入作為一個(gè)判斷信號(hào)。雖然電路能無(wú)視大量的噪聲，但關(guān)注是有必要的。HALL 信號(hào)同

時(shí)為 HHH 或者 LLL 時(shí)，被認(rèn)為是錯(cuò)誤態(tài)，將關(guān)閉所有輸出管。

如果使用到 HALL 芯片，在一端固定（無(wú)論正負(fù)）一個(gè)共模電平范圍(0.3V?HBIAS-1.7V)，允許另一

端的電壓范圍可以為 0?HBIAS。

節(jié)電模式

當(dāng) MS4931 處于 STOP 態(tài)時(shí)，幾乎所有電路都被關(guān)斷，以減少功耗。當(dāng)使用 HALL 偏置腳時(shí)，節(jié)電

模式的電流消耗將近 900μA。即使在節(jié)電模式，芯片仍然具有 5V 的穩(wěn)定電壓輸出。并且，在節(jié)電模式

下，芯片處于 Short Brake 態(tài)（低端管短接）。

電源穩(wěn)定性

芯片產(chǎn)生大的輸出電流，并且采用一種開關(guān)驅(qū)動(dòng)的方式，電源線勢(shì)必會(huì)被輕易地干擾。為保證電

壓穩(wěn)定，需要在 VBB 和地之間接入一個(gè)足夠大的電容。電容地端接到 GND，盡可能的靠近管腳。如果

不能在 pin 腳上接入大電容，可在管腳附近接入 0.1μF 的陶瓷電容。

如果在電源線上嵌入一個(gè)二極管以防止電源線反接，則電源線更容易被干擾，這就需要更大的電

容。

HBIAS 的穩(wěn)定性

HBIAS 是邏輯電路的電源，為了穩(wěn)定性，需要連接 0.1μF 或更大的電容。電容接地端需要連接到芯

片的邏輯地(SGND)。

電荷泵

電源電壓通過電荷泵被逐步抬升，以提供高端管的柵電壓。電壓是通過 CP1 和 CP2 之間的電容 CP

被逐步抬升，然后在 VCP 和 VBB 之間的電容 CG 上逐漸累積。CP 和 CG 的大小推薦以下關(guān)系：

CG =0.1μF，CP =0.01μF

CP 上充放電頻率為 50kHz。當(dāng) CP 電容很大時(shí)，VCP 將會(huì)被抬升?？墒钱?dāng)電容太大，充放電將變得

沒有效率，VCP 充電時(shí)間也就會(huì)很長(zhǎng)。

使用須知

芯片具有同步整流功能，可以提高驅(qū)動(dòng)效率。同步整流開始發(fā)揮作用，相比寄生的二極管續(xù)流，

利用下臂管導(dǎo)通，能夠極大地減小熱量的產(chǎn)生。可是，同步整流可能會(huì)引發(fā)電源電壓的上升，比如以

下情況：

?輸出占空比突然減少

?ENABLE 輸入頻率突然降低

必須采取有效措施來(lái)保護(hù)芯片，確保電源電壓上升也不會(huì)超過絕對(duì)最大參數(shù)，包括：

?電源到地的大電容的選擇

?電源到地的二極管的接入

典型應(yīng)用電路圖

1. 在任何環(huán)境下，都不能超過芯片的絕對(duì)參數(shù)。

2. 在版圖布線時(shí)，流過大電流的 VBB 以及各個(gè)輸出腳盡可能的寬和短。

3. VBB 的旁路電容，特別是陶瓷電容的連接，應(yīng)該盡可能的靠近芯片 VBB 腳。

4. HBIAS 作為芯片的基準(zhǔn)電壓，需要在 HBIAS 和 GND 之間連接電容，用來(lái)穩(wěn)定 HBIAS。因此，該電容

需要盡可能的靠近 HBIAS 腳。

5. 在版圖設(shè)計(jì)中，連接電機(jī)的地線以及 MCU 的地區(qū)域需要隔離。

6.不推薦 HBIAS 用于周邊電路，因?yàn)榫炔⒉桓摺?/p>

與 Allegro A4931 差異與對(duì)比說明

封裝外形圖

QFN28(5X5X0.75_P0.50)

——愛研究芯片的小王

審核編輯 黃宇