解析55V/3A全橋電機驅動FX6600電路工作原理
基本描述
FX6600設計用于控制一個直流電機。輸出驅動管都是低導通電阻N溝道DMOS，其具有內部同步整流以減少功耗。PWM和DIRECTION輸入允許兩線控制與增加BRAKE引腳用于制動功能。當驅動器被禁用時，提供了低電流睡眠模式以減少功耗。此外，驅動器還具有內置的高溫、欠壓和過流保護功能。
電流感應
電流感應輸出( 引腳8) 的靈敏度為每安培輸出電流377μA。為了獲得該信號最佳精度和線性度，引腳8和地面之間的電壓產生電阻的值應被選擇以限制引腳8的最大電壓到5V或更低。最大電壓為12V。需要注意的是，電流檢測電路忽略了循環電流(續流二極管電流)。因此，只有上管源輸出時的電流被感知。
過熱警告
過熱標志輸出( 引腳9) 是一個開漏晶體管。這允許從多個FX6600的熱警告標志輸出相或連接，并允許用戶設置輸出信號擺動的邏輯高電平以匹配系統要求。這個輸出通常驅動系統控制器的中斷輸入。然后中斷服務程序將被設計為采取適當的步驟，例如減少負載電流或使系統有序關閉。標志引腳上的最大電壓是12V。
電流限制
FX6600的設計中加入了限流保護電路。對于任何電力設備，考慮設備通過大量浪涌電流的影響是非常重要的，這可能是輸出短路的結果。限流保護電路的增加(閾值設置為大約10A)，并在過流情況下盡快關閉電源設備。在典型的電機驅動應用中，最常見的過流故障是由電機繞組短路和轉子鎖死引起的。在這些條件下，電機的電感(以及VCC供電線路中的任何系列電感)用于降低電流浪涌的量級到FX6600的安全水平。一旦設備被關閉，控制電路將周期性地嘗試打開電源設備。該特性允許在故障消除后立即恢復正常操作。然而，當故障仍然存在時，設備將循環進入和退出熱關斷狀態。這可能會在VCC供應線上產生電壓瞬變，因此需要適當的電源旁路技術。
對于任何電力設備來說，最嚴重的情況是直接的硬連線：從輸出到地面的長期短路。這種情況下可以產生一個通過電源設備的15安培量級的電流，并要求di e和封裝在保護電路關閉電源設備所需的短時間內耗散高達500瓦的功率。這種能量可能是破壞性的，特別是在較高的工作電壓(>30V)下，因此需要一些預防措施。適當的散熱器設計是必要的，通常VCC引腳(引腳6)必須需要散熱器與1平方英寸的銅在PCB上。電荷泵和自舉電容
為了打開高側(源)DMOS功率管，驅動每個功率管的柵極必須比電源電壓高大約1.5V。為了實現這一點，使用一個內部電荷泵來提供柵極驅動電壓。如圖13所示，一個內部電容交替接地并充電到約5V，然后切換到電源V，從而提供一個大于電源V的柵極驅動電壓。這個開關動作由一個連續運行的內部2MHz振蕩器控制。該驅動電壓的上升時間通常為20μs，適用于高達1kHz的工作頻率。對于更高的開關頻率，FX6600能夠使用外部引導電容。自舉原理本質上是一個第二電荷泵，其中使用了一個大容值電容，它有足夠的能量來快速給功率器件的寄生柵輸入電容充電，從而獲得更快的上升時間。開關動作是由電源開關本身完成的。從輸出連接到每個高側開關的引導引腳的外部10nF電容通常提供小于100ns的上升時間，允許開關頻率高達500kHz。
PWM信號類型
H橋負載的平均輸出電壓由脈寬調制(PWM)信號連續控制。輸出電壓的任何極性都可以獲得，電流可以根據需要在負載的任何方向流動。FX6600有三個邏輯控制輸入，PWM，Direction和Brake，控制H橋的開關動作。真值表概述了這些控制輸入的邏輯。邏輯控制輸入可以直接使用(沒有外部邏輯)來實現兩種更常見的PWM控制技術，固定反相控制和符號/幅度控制。
固定反相控制
使用固定反相控制驅動感性負載的基本連接圖和理想波形如圖15所示。在單個PWM輸入信號的控制下，一對相反的開關（H橋一側的頂部開關和另一側的底部開關）在一起被驅動打開和關閉(“鎖”在一起，因此被稱為固定反相控制)。在平均輸出電壓為零時，每個輸出端的平均電壓介于VCC電源和地之間。在這種情況下，每個開關的占空比為50%，通過負載的平均電流為零。通過改變控制信號的占空比(如圖15所示75%)，隨著A1、B2鎖定導通區間的增加，A2、B1對的導通時間相應減少。這個占空比的變化使得VOA處的平均電壓比VOB處的更正，從而在負載上施加一個電壓。通過負載的平均電流從端子VOA流向VOB。在電機負載的情況下，這將導致在一個方向上旋轉，其速度與占空比偏離50%的量成正比。相反，當占空比降低到小于50%時，從VOA到VOB的平均電壓變為負值，通過負載的平均電流從VOB流向VOA，旋轉方向相反。如果通過負載的紋波電流想要改變它的方向，這樣做是可以的。這是由于兩個開關總是被驅動在ON狀態，總是能夠傳輸任何一個極性的電流。這種控制方式的另一個好處是負載電壓總是由開關的狀態決定的，而不管負載電流想要流向哪個方向。
在慣性負載的快速動態控制(即電機旋轉方向的快速逆轉)的應用中，重要的是從負載返回到電源的凈平均功率的“再生”這種情況能夠發生。只要打開兩個開關，就總有一條“再生”的路徑。固定反相控制的一個主要優點是，只需一個控制信號，以控制電機負載的速度和方向。只需修改占空比，就可以調整負載的平均電壓和電流，用于速度控制，方向旋轉取決于占空比大于或小于50%。FX6600固定反相控制的一個缺點是電流感應輸出不連續。這是因為電流傳感晶體管只鏡像通過高側兩個DMOS功率器件的“正向”電流。當電流的方向與負載的給定電壓極性相反時，“反向”電流不輸出到電流檢測引腳。符號/幅度控制FX6600通過PWM控制的第二種方法被稱為符號/幅度控制。這種技術的理想波形如圖16所示。H橋一側輸出端的電壓保持不變，而另一端的平均電壓則隨脈沖寬度調制輸入信號的占空比而變化。負載電壓的符號或極性取決于H橋的哪一邊通過其中一個晶體管的持續ON而保持靜止，而平均負載電壓的幅度則由另一端的兩個開關的開關占空比決定。應用于Direction輸入的邏輯電平打開開關A1或B1。這將輸出VOA或VOB固定在正電源電壓電位，因此設置電流通過負載的方向。然后，應用到PWM引腳的信號占空比調整負載的平均電壓和電流。當占空比增加時，負載的功率增加，導致電機負載的旋轉速度更快。
對于FX6600，保持高側的一個晶體管持續導通的符號/幅度控制是首選，因為電流感應輸出將永久保持工作。電流將始終流過一個高側晶體管或另一個(通過開關A1或B1)，它將被感知并輸出到電流檢測引腳。這給出了負載電流的連續波形，而沒有固定反相控制的不連續情況。只要通過負載的電流方向與負載的電壓極性相對應，這是情況是正確的。如果需要扭轉電機負載的旋轉方向，將有一個短的間隔，其中負載“再生”的凈能量返回到電源和“反向”電流流過高側功率管，并暫時導致電流檢測輸出信號的不連續。
FX6600是一個3A全橋驅動，通過應用BCD技術中實現了電機控制，它結合了隔離的DMOS功率晶體管。通過使用這種混合技術，盡可能達到最好的性能。DMOS輸出晶體管可以在高達55V的電源電壓下工作，并能在高開關速度下高效工作。
FX6600對于直流和步進電機是理想的驅動器，并自適應峰值輸出電流最高達6A。并且提供輸出電流的低損耗感應信號。可兼容所有TTL, CMOS和 微 處 理 器邏 輯輸 入 以 及 盡 可 能 消除 外 部 必 需MOS驅動組件的情況。當控制直流電機時，它要求對速度和方向都進行控制。FX6600通過TO-220形式封裝。
特征
? 供電電壓高達 55V
? 有效電流高達 3A
? 低導通電阻,典型值為 0.33Ω/3A
? TTL 和 CMOS 兼容輸入
? 防穿通保護
? 工作頻率高達 100kHz
? 沒有直通電流
? 過熱警告信號輸出
? 過熱關斷保護
? 內部鉗位二極管
? 外部自舉電容的內置電荷泵
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