A3983: 変換機能付き DMOS マイクロステッピング ドライバ

Description

A3983 は、操作が簡単な、変換機能を内蔵したマイクロステッピング モーター ドライバです。フル、ハーフ、1/4、および 1/8 のステップ モードでバイポーラ ステッピング モータを作動するように設計されており、最大 35 V および ±2 A の出力ドライブ容量を備えています。A3983 には、低速または混合減衰モードでの動作が可能な固定オフタイム電流レギュレータが含まれています。

この変換機能は、A3983 を容易に実装するためのカギとなります。STEP 入力に 1 つのパルスを入力するだけで、モータを 1 マイクロステップ駆動します。位相シーケンス テーブル、高周波数制御線、またはプログラムへの複雑なインターフェイスはありません。A3983 インターフェイスは、複雑なマイクロプロセッサを使用できない用途や、負荷が大きすぎる用途に最適です。

A3983 のチョッピング制御により、電流減衰モード (低速または混合) が自動的に選択されます。STEP 入力ピンで信号が発生すると、A3983 は、そのステップによって、モータの各相に高電流または低電流のどちらが発生するかを判断します。高電流側への変更の場合、減衰モードは低速減衰に設定されます。低電流側への変更の場合、電流減衰は混合に設定されます (最初に固定オフタイムの 31.25% の期間を高速減衰に設定すると、固定オフタイムの残りの期間は低速減衰になります)。この電流減衰制御スキームにより、可聴域のモータ ノイズが減少し、ステッピングの精度が高くなり、消費電力を削減できます。

内部に同期整流制御回路があるため、PWM 操作中の消費電力を改善できます。内部回路保護には、ヒステリシスを伴うサーマル シャットダウン、低電圧ロックアウト (UVLO)、およびクロスオーバー電流防止が含まれます。特別な起動シーケンスは不要です。

A3983 は、露出熱パッド付きの薄型 (全高 1.2 mm) 24 ピン TSSOP で提供されています (末尾は LP)。鉛フリーで、リードフレームは 100% 曇り錫でめっき加工されています。

Top Features

  • 低 RDS(ON) 出力
  • 自動電流減衰モード検出/選択
  • 混合および低速電流減衰モード
  • 同期整流による低消費電力
  • 内部 UVLO およびサーマル シャットダウン回路
  • クロスオーバー電流防止

Part Number Specifications and Availability

Part Number Package Type Temperature RoHS
Compliant
Part Composition /
RoHS Data
Comments Samples Check Stock
A3983SLPTR-T 24-lead TSSOP -20°C to 85°C Yes View Data Contact your
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Packaging

A3983 は、露出熱パッド付きの薄型 (全高 1.2 mm) 24 ピン TSSOP で提供されています (末尾は LP)。鉛フリーで、リードフレームは 100% 曇り錫でめっき加工されています。

LP TSSOP 24 ピン

Design Support Tools

よくある質問


Q1:A3982/83/84 のアプリケーション ノートはありますか?

Q2:A3982/83/84 では、どのようなタイプのマイクロステッピングを実行できますか?

Q3:A3982/83/84 用のドロップイン置換、またはピン対ピン置換はありますか?

Q4:1 つのパッケージに変換機能とドライバがあることの利点は何ですか?

Q5:入力ピンにプルアップ抵抗/プルダウン抵抗は必要ですか?

Q6:A3982/83/84 にはどのような保護機能がありますか?

Q7:モータに許容される最大電源電圧はいくつですか?

Q8:データシートには出力電流が ±2.0 A と記載されています。これはデバイスの合計電流ですか? または 1 相あたりの電流ですか?

Q9:どのタイプの外部コンポーネントが必要ですか?

Q10:SENSE ピンで 0.5 V を超えないようにするための、RS の値を決定する一番いい方法は何ですか?

Q11:レイアウト上の問題で考慮すべき点はありますか?

Q12:A3982/83/84 は定電流制御用デバイスですか? または定電圧制御用デバイスですか?

Q13:高電流時の消費電力を低減するために推奨される最小の銅接地板面積を教えてください。

Q14:高電流での動作時にパッケージの消費電力を抑制する特別なテクニックはありますか?

Q15:A3982/83/84 は携帯する用途で使用できますか?

Q16:運転中にステップ分解能を変更できますか?

Q17:自動電流減衰モード検出/選択とはどういう意味ですか?



Q1:A3982/83/84 のアプリケーション ノートはありますか?

現時点ではありません。ただし A3977 のアプリケーション ノートはあります。これはステップと方向シリーズでは似た種類のデバイスです。これらのデバイスでは、出力電流が異なります (A3977 は 2.5 A で、3982/83/84 は 2.0 A ピークです)。アプリケーション ノート STP01-2 の「ステップ & 方向変換機能インターフェイスが統合された新型マイクロステッピング モータ ドライバ IC」を参照してください。


Q2:A3982/83/84 では、どのようなタイプのマイクロステッピングを実行できますか?

A3982 ではフルとハーフのステッピング モード、A3983 ではフル、ハーフ、1/4、1/8 のステッピング モード、3984 ではフル、ハーフ、1/4、1/16 のステッピング モードをご利用いただけます。


Q3:A3982/83/84 用のドロップイン置換、またはピン対ピン置換はありますか?

いいえ。一般的に、A3982/83/84 は通常のモータ ドライバ IC よりもコスト効果の大きいソリューションです。これらのデバイスは、全体的なステップと方向のシリーズと同様に、多くの設計において 2 つ以上のデバイスを置換できるため、全体のシステム コストを削減できます。


Q4:1 つのパッケージに変換機能とドライバがあることの利点は何ですか?

1 つのパッケージに変換機能とドライバがあることの利点は、制御線の数を最小限にできることです。A3983/83/84 は 2 本の制御線 (ステップ用と方向用) を使用して制御できます。これに対して一般のモータ ドライバでは、同じ機能を実現するために 6 ~ 8 本の制御線が必要です。


Q5:入力ピンにプルアップ抵抗/プルダウン抵抗は必要ですか?

ロジック入力を VDD にプルアップする場合は、過電圧イベントの発生時にロジック入力への電流を制限するために、1 ~ 5 kΩ のプルアップ抵抗を使用するのがよいでしょう。


Q6:A3982/83/84 にはどのような保護機能がありますか?

  • サーマル シャットダウン (TSD)
  • 低電圧ロックアウト (UVLO)
  • クロスオーバー電流防止
  • VREG とチャージ ポンプのモニタ

Q7:モータに許容される最大電源電圧はいくつですか?

35 V です。どのような状況であっても、この値を超えることはできません。


Q8:データシートには出力電流が ±2.0 A と記載されています。これはデバイスの合計電流ですか? または 1 相あたりの電流ですか?

±2 A は、ドライバの各相が連続的にサポートできる最大電流です。これは温度の上昇とは無関係です。

デバイスの動作中に接合部温度が 150°Cを超えないように特に注意してください。

Q9:どのタイプの外部コンポーネントが必要ですか?

A3982/83/84 を正確に操作するには、以下のコンポーネントが必要です。

  • PWM 電流の制御回路に、RSENSE1 と RSENSE2 の外部センス抵抗が必要です。これらは非誘導タイプの抵抗である必要があります。RS の値は、ITRIP(max) = VREF / (8 x RS) の公式を使用して計算できます。RS の値を選択する場合、想定される電圧の全範囲にわたって、SENSE ピンで 0.5 V の限界を超えないことが非常に重要です。スイッチング中の非常に短い時間に、0.5 V を超える過渡電圧が観測される場合があります。RS 値を妥当な範囲でより小さくすると、RS での消費電力を抑え、ヘッドルームが大きくなります。
  • 0.1 µF モノ/セラミック コンデンサは、CP1 ピンと CP2 ピンの間に設置する必要があります。
  • VREG ピンは 0.22 µF コンデンサでデカップリングして接地する必要があります。
  • ロジック電源のデカップリング コンデンサには、10 µF のセラミック コンデンサを推奨します。
  • 負荷電源のデカップリング コンデンサには、> 47 µF の電解コンデンサを推奨します。さらに、0.1 µF セラミック コンデンサを並列に配置する必要があります。
  • VREF ピンには 0.1 µF コンデンサが必要です。

Q10:SENSE ピンで 0.5 V を超えないようにするための、RS の値を決定する一番いい方法は何ですか?

次の公式を使用してください。

RS = 0.5 / ITRIP(max)、

ここで、

  • RS はセンス抵抗、
  • 0.5 は SENSE ピンで許容される絶対値電圧の最大値、
  • ITRIP(max) は想定される最大電流です。

これにより、SENSE ピンで 0.5 V の限界を超えないことが保証されます。


Q11:レイアウト上の問題で考慮すべき点はありますか?

はい。プリント回路基板には重量のある接地層を使用する必要があります。電気的性能と熱的性能を最適化するために、デバイスの下側の露出パッドは放熱機能を強化するための経路になります。この熱パッドは PCB の露出面に直接はんだ付けする必要があります。熱的なバイアスを使用して PCB の他の層に熱を伝えます。

接地バウンスとオフセット問題の影響を最小限に抑えるために、デバイスに非常に近い場所で、スター接地として知られている、低インピーダンスの 1 点で接地することが重要です。デバイスの下面で、露出熱パッドと接地層の間を直接接続することにより、この領域がスター接地点として最適な場所になります。

2 つの入力コンデンサ (電解とセラミック) は並列にして、デバイスの電源ピンに可能な限り近い場所に配置する必要があります。セラミック コンデンサはバルク コンデンサよりもデバイスに近づける必要があります。セラミック コンデンサで高周波数の電流成分を搬送する必要があるため、これは必要なことです。

センス抵抗の RSx では、接地へのインピーダンス経路を非常に低くする必要があります。これは、これらの抵抗が、電流センス コンパレータによって非常に高精度な電圧測定に対応しながら、大きな電流を搬送する必要があるためです。接地までの経路が長くなると追加の電圧ドロップが生じて、コンパレータが巻線電流を正確に測定する能力に悪影響を及ぼします。


Q12:A3982/83/84 は定電流制御用デバイスですか? または定電圧制御用デバイスですか?

A3982/83/84 は定電流制御用です。モータ巻線電流は、内部 PWM 電流制御回路により制御されます。オフタイムは ROSC ピンから接地への抵抗で設定され、tOFF  = ROSC / 825 の公式で定義されます。ROSC ピンが直接 VDD に結合される場合、デフォルトのオフタイムは 30 µs です。


Q13:高電流時の消費電力を低減するために推奨される最小の銅接地板面積を教えてください。

まずは、パッケージ外形の 2 倍の接地面積から始めたらいかがでしょう。レイアウト上の留意点の詳細は、「 パッケージ熱特性」を参照してください。

注記: データシートには、さまざまな銅領域での RθJA も定義されています。データシートの 4 ページを参照してください。


Q14:高電流での動作時にパッケージの消費電力を抑制する特別なテクニックはありますか?

一般的なステッピング モータ用途では、モータ ドライバ IC が電流減衰 (再循環) モードになる割合は、オンタイムよりもPWM サイクルの方が高くなっています。これは、ほとんどの電力は、パワー DMOS の内部本体ダイオードの前進電圧ドロップによって消費されることを意味します。ただし、A3982/83/84 には同期整流 (SR) の機能があります。この機能によって、電流減衰中に該当する DMOS デバイスがオンになり、ドライバの低 RDS(on) で本体ダイオードを効果的にショートさせます。SR 機能によって消費電力が削減されることにより、ほとんどのステッピング モータ用途で外部ショットキー ダイオードが不要となり、その結果、これらの部品のためのコストとボード スペースを節約できます。ヒート シンクでも可能です。詳細については、アプリケーション ノート AN29504.8 の「 パワー ドライブ回路」を参照してください。


Q15:A3982/83/84 は携帯する用途で使用できますか?

もちろんです。A3983/84 にはスリープ モードがあり、使用していないときの消費電力を最小限に抑えることができます。スリープ モード中にデバイスに流れる最大電流はわずか 10 µA です。ロジック電源電圧範囲が 3.0 ~ 5.5 V のため、一般的なバッテリ駆動デバイスにも対応できます。


Q16:運転中にステップ分解能を変更できますか?

タイミング要件を満たしていればできます。シーケンス モードを変更してより高い分解能やより低い分解能にする最も簡単な方法は、ホーム ポジション (ホームは低) で行うことです。それ以外の場合で、低分解能モードから高分解能モードに変更する場合 (ハーフ ステップから 1/4 ステップへの変更など)、両方のシーケンスの出力電流は同一です。(両方のシーケンスはデータシートの表 2 の同じ行にあります。)変換機能により、小さいステップを開始する次のステップまで、出力電流レベルは変更されずに維持されます。

シーケンス モードを変更しながら、モータを一定速度で回転させ続けるには、変更するモードに応じて、ステップ周波数を 2 倍、4 倍、または 8 倍にする必要があります。高分解能モードから低分解能モードへの移行は、データシートの表 2 の同じ行に両方のモードが表示される (1/8 ステップ #5 およびフル ステップ #1 など) 場合にのみ実行する必要があります。これは、位置をキープする必要がある場合、または位置制御ループがない場合にのみ重要となります。

MSx ピンをいつ変更してもデバイスが損傷することはないことを付け加えておきます。シーケンス モードを変更しながら、モータを一定速度で回転させ続けるには、変更するモードに応じて、ステップ周波数を 1/ 2 倍、1/4 倍、または 1/ 8 倍にする必要があります。高分解能モードから低分解能モードに移行し、低分解能モードに対して有効でないデータシートの表 2 の位置でそれを行う場合、出力電流が実際に変更されないまま、シーケンスは最初の可能性のある場所に進みます。次のステップに到達すると、シーケンス モードが変更される前に変換機能が記憶していた位置から、新しいシーケンス モードの次の位置にデバイスが移行します。たとえば、方向が「低」で、1/8 ステップ #2 にあった時点で 1/8 ステップ モードからフル ステップモードに変更すると、変換機能はフル ステップ #2 に進みます (出力電流は変更されない)。次のステップに入ると、位置はフル ステップ #3 になります。この結果、モータは 11/8 ステップ移動することになります。大変かとは思いますが、これでモータが一定速度を維持できます。


Q17:自動電流減衰モード検出/選択とはどういう意味ですか?

前のステップの出力電流が現在のステップの出力電流よりも高かった場合、A3982/83/84 は性能を最適化するために、減衰モードを自動的に選択します。前のステップの出力電流が現在のステップの出力電流よりも低かった場合、減衰モードは低速減衰に固定されます (電流をゼロから上げる)。リセットやスリープ モードからデバイスを最初に起動する際、デバイスは両方のブリッジを混合減衰モードに設定します。