A3983: 带转换器的 DMOS 微步驱动器

Description

A3983 是一款完全的微步电动机驱动器,带有内置转换器,易于操作。该产品可在全、半、1/4 及 1/8 步进模式时操作双极步进电动机,输出驱动性能可达 35 V 及 ±2 A。A3983 包括一个固定关断时间电流稳压器,该稳压器可在慢或混合衰减模式下工作。

转换器是 A3983 易于实施的关键。只要在“步进”输入中输入一个脉冲,即可驱动电动机产生微步。该程序中没有相位顺序表、高频率控制行或复杂的界面。A3983 界面对于复杂的微处理器不可用或过载时的应用情况下是理想的器件。

A3983 内的斩波控制可自动选择电流衰减模式(慢或混合)。当一个信号出现在“步进”输入引脚处,A3983 会确定该步进是否会在每个电动机相位中产生较高或较低的电流。如果电荷产生较高的电流,则将该衰减模式设置为“慢”衰减。如果电荷产生较低的电流,则电流衰减设置成混合(开始对周期达到固定停机时间的 31.25% 设置为快速衰减,然后将截止剩余周期设置为慢衰减。)此电流衰减控制方案能减少可听到的电动机噪音、增加步进精确度并减少功率耗散。

内部同步整流控制电路用来改善脉宽调制 (PWM) 操作时的功率消耗。内部电路保护包括:因滞后引起的过热关机、欠压锁定 (UVLO) 及交叉电流保护。无需特别的加电排序。

A3983 采用低厚度(最大高度:1.2 mm)、带外露隔热盘的 24 引脚 TSSOP 封装(后缀: LP)。该封装为无铅产品,引脚框采用 100% 雾锡电镀。

Top Features

  • 低 RDS(开) 输出
  • 自动检测/选择电流衰减模式
  • 混合与慢电流衰减模式
  • 对低功率耗散同步整流
  • 内部欠压锁定 (UVLO) 及过热关机电路
  • 交叉电流保护

 

Part Number Specifications and Availability

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

A3983 采用低厚度(最大高度:1.2 mm)、带外露隔热盘的 24 引脚 TSSOP 封装(后缀: LP)。该封装为无铅产品,引脚框采用 100% 雾锡电镀。

LP TSSOP 24 pin

Design Support Tools

常见问题


问题1:是否有关于A3982/83/84的应用说明?

问题2:能够用A3982/83/84进行哪类微步频?

问题3:A3982/83/84是否是任何其他器件的插入式或引脚对引脚替代品?

问题4:一个封装内有转换器和驱动器的优势是什么?

问题5:我是否需要在输入引脚上的上拉/下拉电阻?

问题6:A3982/83/84提供哪类保护特性?

问题7:允许的最大电动机电源电压是多少?

问题8:数据表规定±2.0A输出电流。这是否是该器件的总电流或每相电流?

问题9:需要哪类外置元件?

问题10:确定RS值的最佳方式是什么,由此在SENSE引脚上不超过0.5 V?

问题11:是否有任何我应该知道的布局问题?

问题12:A3982/83/84是否是恒定电流或恒定电压控制的器件?

问题13:为减少高电流时的功率耗散,建议的最小铜接地平面面积是多少?

问题14:有特殊技术可以降低以高电流运行时的封装功率耗散吗?

问题15:A3982/83/84是否能够被用于便携式应用?

问题16:你能否在运行时改变步进分辨率?

问题17:自动电流衰减模式检测/选择意味着什么?



问题 1:是否有关于A3982/83/84的应用说明?

现在没有。不过,有A3977的说明,A3977是步频和方向系列的类似器件。差别在于输出电流(A3977 = 2.5 A,而3982/83/84 = 2.0 A峰值)。 请参见应用说明STP01-2,“新微步频电动机驱动器IC与集成步频&方向转换器接口”。


问题 2:能够用A3982/83/84进行哪类微步频?

A3982提供全步频和半步频模式,A3983提供全步频、半步频、四分之一步频和八分之一步频模式,3984提供全步频、半步频、四分之一步频和十六分之一步频模式。


问题 3:A3982/83/84是否是任何其他器件的插入式或引脚对引脚替代品?

不是。总体上,A3982/83/84是比最典型的电动机驱动器IC更具有成本效益的解决方案。这些器件以及全部步频和方向系列产品能够替代很多设计中的两个或多个器件,因此降低了系统成本。


问题 4:一个封装内有转换器和驱动器的优势是什么?

一个封装内有转换器和驱动器的优势是尽可能减少控制线的数量。A3983/83/84能够利用两条控制线进行控制:步频和方向。而典型的电动机驱动器为达到同一性能可能有多达6到8条控制线。


问题 5:我是否需要在输入引脚上的上拉/下拉电阻?

如果逻辑输入被上拉至VDD,那么好做法是使用1到5 kΩ上拉电阻,以便在发生过电电压情况时,将电流限定为逻辑输入。


问题 6:A3982/83/84提供哪类保护特性?

  • 过热关机功能(TSD)
  • 欠压锁定(UVLO)
  • 交叉电流保护
  • VREG和电荷泵监视器

问题 7:允许的最大电动机电源电压是多少?

35 V。在任何情况下不得超过这个水平。


问题 8:数据表规定±2.0A输出电流。这是否是该器件的总电流或每相电流?

±2 A的值确定了每相驱动器能够持续供电的最大电流。这与温度上升无关。

应保持谨慎,在运行本器件时不得超过150°C的结点温度。


问题 9:需要哪类外置元件?

正确操作A3982/83/84需要下列元件:

  • RSENSE1SENSE2,PWM电流控制电路需要的外置感应电阻。这些应为无电感型电阻。RS的值可利用下列公式计算得出:ITRIP(最大)=VREF / (8 x RS)。在选择RS的值时,非常重要的是在整个预期电流范围内的SENSE引脚上不超过0.5 V的限制。在开关切换期间极短的持续时间内,可能看到瞬变电压超过0.5 V。利用RS的合理较小值将浪费更少RS的功率,并提供余量。
  • 0.1 µF单一/陶瓷电容器必须被放置在CP1和CP2引脚之间。
  • VREG引脚应与0.22 µF电容器解耦至地面。
  • 逻辑电源解耦电容器;推荐10 µF陶瓷电容器。
  • 基荷电源解耦电容器;推荐值为>47 µF的电解质电容器。另外,0.1 µF陶瓷电容器应平行放置。
  • 在VREF引脚上需要0.1 µF电容器。

问题 10:确定Rs值的最佳方式是什么,由此在SENSE引脚上不超过0.5 V?

利用下列公式:

RS = 0.5 / ITRIP(最大),

其中:

  • RS为感应电阻,
  • 0.5是SENSE引脚上允许的最大绝对电压,
  • ITRIP(最大)是最大预期电流。

这将确保SENSE引脚上从未超过0.5 V的限制。


问题 11:是否有任何我应该知道的布局问题?

是。打印电路板应使用较大接地平面。为实现最佳电热性能,本器件底面上的裸焊盘提供升级热耗散的路径。导热片应直接焊接到PCB的裸露表面。散热通孔用来将热量转移至PCB的其他层。

为尽可能减少地弹和偏移问题的影响,重要的是具有低阻抗单点地面,名为星形布接地,位置非常接近该器件。通过将裸露导热片与地平面之间的连接置于该器件下方,该区域成为星形接地点的理想位置。

这两个输入电容器(电容器和陶瓷)应平行放置,并尽可能接近于该器件电压引脚。陶瓷电容器应比大容量电容器更接近引脚。这是必要的,因为陶瓷电容器将负责提供高频率电流元件。

感应电阻RSx应有极低的阻抗路径只地面,因为这些感应电阻在支持利用电流感应比较器测量的非常准确的电压测量值的同时,还必须承担大量电流。较长的地面痕迹将导致额外的电压降落,从而对比较器准确测量绕组电流的能力产生负面影响。


问题 12:A3982/83/84是否是恒定电流或恒定电压控制的器件?

A3982/83/84提供恒定电流控制。电动机绕组电流由内部PWM电流控制电路控制。电阻器设置从ROSC引脚到地面的关机时间,并利用下列公式确定:tOFF  = ROSC / 825。如果ROSC引脚直接连到VDD,那么关机时间默认值为30 µs。


问题 13:为减少高电流时的功率耗散,建议的最小铜接地平面面积是多少?

至少是封装外形两倍大的接地平面区域是一个开始的好地方。欲了解更多布局考量事项,请参考 封装热特点

注:数据表也用各种铜区域确定RθJA。请参见数据表第4页。


问题 14:有特殊技术可以降低以高电流运行时的封装功率耗散吗?

在典型的步频电动机应用中,电动机驱动器IC处于PWM周期比接通持续时间比重更高的电流衰减(再循环)模式。这意味着大多数功率耗散是功率DMOS的内在主体二极管正向电压下降的结果。但是,A3982/83/84具有同步整流(SR)功能。这一特性在电流衰减期间开启适当的devices器件,并有效短路主体二极管与驱动器的低RDS(开启)。SR特性中的功率耗散减少能够消除大多数步频电动机应用中的外置肖特基二极管的必要性,由此节约成本和大量此类元件的空间。散热系统也有这种可能性。欲了解更多信息,请参考应用说明AN29504.8, 电源驱动器电路


问题 15:A3982/83/84是否能够被用于便携式应用?

绝对可以。A3983/84有睡眠模式,不使用时,能够尽可能减少功率消耗。在睡眠模式期间,该器件只会吸收最大10 µA。3.0到5.5 V的逻辑电源电压范围使其与典型的电池运行设备兼容。


问题 16:你能否在运行时改变步进分辨率?

可以,只要满足时间要求即可。将排序模式调整到更高或更低分辨率的最简单的方式是在HOME位置进行(HOME是低位)。否则,当从更低分辨率进入更高分辨率模式(半步频到四分之一步频等)时,两种排序具有相同的输出电流。(两种排序在数据表表2同一行。)转换器将使输出电流等级保持不变,直至下一步将开始更低步频。

为保持电动机恒速移动,同时改变排序模式,需要将步频乘以2、4或8,视你来回调整的模式而定。从更高分辨率模式进入更低分辨率模式,只应在两种模式出现在数据表表2同一行时进行(八分之一步频#5和全步频#1等)。当且仅当必须保持位置或者无位置控制回路时,这才很重要。

需要注意的是,在任何时候改变MSx引脚不会造成器件损坏。为保持电动机恒速移动,同时改变排序模式,需要将步频除以2、4或8,视你来回调整的模式而定。如果你从更高分辨率模式进入更低分辨率模式,并且是在数据表表2中更低分辨率模式无有效可能性的位置进行,那么定序器将在没有实际改变输出电流的情况下推进到第一个可能性。抵达下一步时,该器件将从处于排序模式调整前的转换器位置进入新排序模式的下一位置。比如,由于角度低,如果当你处于八分之一步频#2时,你从八分之一步频模式进入全步频模式,那么转换器将推进到全步频#2(但未改变输出电流)。当下一步频发生时,位置将进入全步频#3。效果是电动机将移动11个八分之一步频。这将使电动机保持恒速变得非常微妙。


问题 17:自动电流衰减模式检测/选择意味着什么?

如果前一步频的输出电流高于当前步频的输出电流,那么A3982/83/84自动选择适合最佳性能的衰减模式。如果前一步频的输出电流低于当前步频的输出电流,那么衰减模式固定位缓慢衰减(电流上升,脱离零)。当初次用复位或睡眠模式为该器件上电时,本器件将双桥设定为混合衰减。